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鈦加工工藝及注意事項(xiàng)

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2020-03-20 | 瀏覽:1014 ]

鈦及鈦合金主要限制是在高溫與其它材料的化學(xué)反應(yīng)性差。此性質(zhì)迫使鈦合金與一般傳統(tǒng)的精煉、熔融和鑄造技術(shù)不同,甚至經(jīng)常造成模具的損壞;

切削

切削特點(diǎn)

鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難,小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象,也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面,關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點(diǎn):

(1)變形系數(shù)小:這是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn),變形系數(shù)小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大,加速刀具磨損。

(2)切削溫度高:由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5~1/7),切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),切削溫度很高。在相同的切削條件下,切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。

(3)單位面積上的切削力大:主切削力比切鋼時(shí)約小20%,由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,單位接觸面積上的切削力大大增加,容易造成崩刃。同時(shí),由于鈦合金的彈性模量小,加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形,引起振動(dòng),加大刀具磨損并影響零件的精度。因此,要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。

(4)冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重:由于鈦的化學(xué)活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同時(shí)切削過程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。

(5)刀具易磨損:毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現(xiàn)象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外,由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng),在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車削鈦合金時(shí),有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重;進(jìn)給量f<0.1 mm/r時(shí),磨損主要發(fā)生在后刀面上;當(dāng)f>0.2 mm/r時(shí),前刀面將出現(xiàn)磨損;用硬質(zhì)合金刀具精車和半精車時(shí),后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

在銑削加工中,由于鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)低,而且切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短,切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出,集中在切削變形區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),加工時(shí)切削刃刃口處會(huì)產(chǎn)生極高的切削溫度,將大大縮短刀具壽命。對(duì)于鈦合金Ti6Al4V來說,在刀具強(qiáng)度和機(jī)床功率允許的條件下,切削溫度的高低是影響刀具壽命的關(guān)鍵因素,而并非切削力的大小。

刀具材料

切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā),選用紅硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,YG類硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差,因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。

涂層刀片和YT類硬質(zhì)合金會(huì)與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用,加劇刀具的粘結(jié)磨損,不宜用來切削鈦合金;對(duì)于復(fù)雜、多刃刀具,可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料,適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,切削速度可達(dá)200 m/min;若不用切削液,在同等磨損量時(shí),允許的切削速度僅為100m/min。

(1) 采用正角型幾何形狀的刀片,以減少切削力、切削熱和工件的變形。

(2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化,在切削過程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài),銑削時(shí)徑向吃刀量a e應(yīng)為半徑的30%。

(3) 采用高壓大流量切削液,以保證加工過程的熱穩(wěn)定性,防止因溫度過高導(dǎo)致工件表面變性和刀具損壞。

(4) 保持刀片刃口鋒利,鈍的刀具是熱集結(jié)和磨損的原因,容易導(dǎo)致刀具失效。

(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工,因?yàn)榇阌埠蟛牧献兊酶y加工,熱處理提高了材料的強(qiáng)度并增加刀片的磨損。

(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入,盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點(diǎn)的切削力和熱量,防止局部破損。 在銑削鈦合金時(shí),各切削參數(shù)中切削速度對(duì)刀具壽命vc的影響最大,徑向吃刀量(銑削深度)

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