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钛合金的材料特性和切削加工工艺

发布时间 :2019-02-15 19:47:31 浏览次数 :

一、钛合金的材料特性 

钛合金产品的比强度在金属结构材料中是很高的,它的强度与钢材相当,但其重量仅为刚材的57% 。另外,钛及其合金的耐热性强,在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性,短时间工作温度甚至还可以高些。钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性,但该材料切削加工困难、加工效率低。所以怎么样攻克钛合金加工难,效率低得困难一直是我们的难题。

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二、钛合金的切削加工 

1、车削 

钛合金产品车削易获得较好的表面粗糙度,加工硬化不严重,但切削温度高,刀具磨损快。针对这些特点,主要在刀具、切削参数方面采取以下措施: 

刀具材料:根据工厂现有条件选用YG6,YG8,YG10HT。 

刀具几何参数:合适的刀具前后角、刀尖磨圆。 

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较低的切削速度, 适中的进给量,较深的切削深度,充分冷却,车外圆时刀尖不能高于工件中心,否则容易扎刀,精车及车削薄壁件时,刀具主偏角要大,一般为75~90°。 

2、铣削 

钛合金产品铣削比车削困难,因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃发生粘结,当粘屑的刀齿再次切入工件时,粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料,形成崩刃,极大地降低了刀具的耐用度。金属加工微信,内容不错,值得关注。因此对钛合金铣削采取了3点措施: 

铣削方式:一般采用顺铣。刀具材料:高速钢M42。从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。 

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这里需要特别指出的是:一般合金钢的加工均不采用顺铣,因机床丝杠、螺母间隙的影响,顺铣时,铣刀作用在工件上,在进给方向上的分力与进给方向相同,易使工件台产生间隙性窜动,造成打刀。对顺铣而言,刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。但由于逆铣切屑是由薄到厚,在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦,加重刀具的粘屑和崩刃,就钛合金而言,后一矛盾显得更为突出。 

此外,为使钛合金顺利铣削,还应注意以下几点:相对于通用标准铣刀,前角应减小,后角应加大。;铣削速度宜低。;尽量采用尖齿铣刀,避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液。;为提高生产效率,可适当增加铣削深度与宽度,铣削深度一般粗加工为1.5~3.0mm,精加工为0.2~0.5mm。 

3、磨削 

磨削钛合金零件常见的问题是粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。其原因是钛合金的导热性差,使磨削区产生高温,从而使钛合金与磨料发生粘结、扩散以及强烈的化学反应。粘屑和砂轮堵塞导致磨削比显著下降,扩散和化学反应的结果,使工件被磨表面烧伤,导致零件疲劳强度降低,这在磨削钛合金铸件时更为明显。 

为解决这一问题,采取的措施是:选用合适的砂轮材料:绿碳化硅TL。稍低的砂轮硬度:ZR1。较粗的砂轮粒度:60。稍低的砂轮速度:10~20m/s。稍小的进给量,用乳化液充分冷却。 

4、钻削 

钛合金钻削比较困难,常在加工过程中出现烧刀和断钻现象。这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。因此,在钛合金钻削加工中须注意以下几点:刀具材料:高速钢M42,B201或硬质合金。合理的钻头刃磨:加大顶角、减少外缘前角、增大外缘后角,倒锥加至标准钻头的2~3倍。勤退刀并及时清除切屑,注意切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时,表明钻头已钝,应及时换刀刃磨。 

加足切削液:一般用豆油,必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。提高工艺系统刚性:钻模应固定在工作台上,钻模引导宜贴近加工表面,尽量使用短钻头?;褂幸桓鲋档米⒁獾奈侍馐牵旱辈扇∈侄?,钻头不得在孔中不进不退,否则钻刃摩擦加工表面,造成加工硬化,使钻头变钝。 

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6、铰削 

钛合金铰削时刀具磨损不严重,使用硬质合金和高速钢铰刀均可。工厂常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。使用硬质合金铰刀时,要采取类似钻削的工艺系统刚度,防止铰刀崩刃。金属加工微信,内容不错,值得关注。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光,可采取以下解决措施:用油石修窄铰刀刃带宽度,以免刃带与孔壁粘结,但要保证足够的强度,一般刃宽在0.1~0.15mm为好。 

切削刃与校准部分转接处应为光滑圆弧,磨损后要及时修磨,并要求各齿圆弧大小一致;必要时可加大校准部分倒锥;两次铰削。粗铰余量0.1mm,精铰余量一般小于0.05mm;主轴转速60r/min;铰完退刀时,手铰不能反转退出,机铰应不停车退出铰刀。 

7、攻丝 

钛合金产品攻丝,特别是M6mm以下的小孔攻丝相当困难。主要因为切屑细小,易与刀刃及工件粘结,造成加工表面粗糙度值大,扭矩大。攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成加工硬化,加工效率极低并时有丝锥折断现象。其解决办法如下: 

优先选用一丝到位的跳牙丝锥,齿数应较标准丝锥少,一般为2~3齿。切削锥角宜大,锥度部分一般为3~4扣螺纹长度。为便于排屑,还可在切削锥部分磨出负倾角。尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大,以减少丝锥与工件的摩擦。 

加工螺纹底孔时,先粗钻再用扩孔钻扩孔,以减小底孔的加工硬化。对于螺距为0.7~1.5mm的螺纹,底孔尺寸可加工到国标规定的标准螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm。 

如果不受螺孔位置及工件形状限制,尽量采用机攻,避免手工攻丝进给不匀、中途停顿而造成的加工硬化。

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