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鈦合金的加工特點(diǎn)及工藝分析

發(fā)布時(shí)間:2019-05-15瀏覽次數(shù):7693

  鈦合金材料由于密度小、比強(qiáng)度高、耐高溫、抗氧化性能好等特點(diǎn),在航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但鈦合金的機(jī)械加工性能差,影響了該材料的廣泛使用。

  鈦合金是在工業(yè)純鈦中加入合金元素,以提高鈦的強(qiáng)度。鈦合金可分三種:a鈦合金,b鈦合金和a+b鈦合金。a+b鈦合金是由a和b雙相組成,這類合金組織穩(wěn)定,高溫變形性能、韌性、塑性較好,能進(jìn)行淬火、時(shí)效處理,使合金強(qiáng)化。鈦合金的性能特點(diǎn)主要表現(xiàn)在:

  (1)比強(qiáng)度高。鈦合金密度小(4。4kg/dm3)、重量輕,但其比強(qiáng)度卻大于超高強(qiáng)度鋼。

  (2)熱強(qiáng)性高。鈦合金的熱穩(wěn)定性好,在300~500℃條件下,其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍。

  (3)化學(xué)活性大。鈦可與空氣中的氧、氮、一氧化碳、水蒸氣等物質(zhì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),在表面形成TiC及TiN硬化層。

  (4)導(dǎo)熱性差。鈦合金導(dǎo)熱性差,鈦合金TC4在200℃時(shí)的熱導(dǎo)率l=16。8W/m·℃,導(dǎo)熱系數(shù)是0。036卡/厘米·秒·℃。

  鈦合金切削加工特性分析

  首先,鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低,僅是鋼的1/4、鋁的1/13、銅的1/25。因切削區(qū)散熱慢,不利于熱平衡,在切削加工過程中,散熱和冷卻效果很差,易于在切削區(qū)形成高溫,加工后零件變形回彈大,造成切削刀具扭矩增大、刃口磨損快,耐用度降低。其次,鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)低,使切削熱積于切削刀附近的小面積區(qū)域內(nèi)不易散發(fā),前刀面摩擦力加大,不易排屑,切削熱不易散發(fā),加速刀具磨損。鈦合金化學(xué)活性高,在高溫下加工易與刀具材料起反應(yīng),形成溶敷、擴(kuò)散,造成粘刀、燒刀、斷刀等現(xiàn)象。

  加工中心加工鈦合金的特點(diǎn)

  (1)加工中心可以同時(shí)加工多個(gè)零件,提高生產(chǎn)效率。

  (2)可提高零件加工精度,產(chǎn)品一致性好。加工中心具有刀具補(bǔ)償功能,可以獲得機(jī)床本身的加工精度。

  (3)具有廣泛的適應(yīng)性和較大的加工靈活性。

  (4)可實(shí)現(xiàn)一機(jī)多能。加工中心可以進(jìn)行銑削、鉆孔、鏜孔、攻絲等一系列加工。

  (5)可以進(jìn)行準(zhǔn)確的成本計(jì)算,控制生產(chǎn)進(jìn)度。

  (6)不需要專用夾具,可節(jié)約成本經(jīng)費(fèi),縮短生產(chǎn)周期。

  (7)可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

  (8)可利用UG等CAD/CAM軟件進(jìn)行多軸加工。

  刀具材料的選擇

  選用刀具材料應(yīng)滿足下列要求:

  (1)足夠的硬度。刀具的硬度必須要遠(yuǎn)大于鈦合金硬度。

  (2)足夠的強(qiáng)度和韌性。由于刀具切削鈦合金時(shí)要承受很大的扭矩和切削力,因此必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。

  (3)足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好,加工時(shí)切削刃要鋒利,因此刀具材料必須有足夠的抗磨損能力,這樣才能減少加工硬化。這是選擇加工鈦合金刀具重要的參數(shù)。

  (4)刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學(xué)活性高,因此要避免刀具材料和鈦合金形成溶敷、擴(kuò)散而成合金,造成粘刀、燒刀現(xiàn)象。

  經(jīng)過對(duì)國內(nèi)常用刀具材料和國外刀具材料進(jìn)行的切削試驗(yàn)表明,采用高鈷刀具效果理想,鈷的主要作用是加強(qiáng)二次硬化效果,提高紅硬性和熱處理后的硬度,同時(shí)具有較高的韌性、耐磨性、良好的散熱性。

  銑刀的幾何參數(shù)

  鈦合金的加工特性決定刀具的幾何參數(shù)與普通刀具存在較大區(qū)別。

  (1)螺旋角β:選擇較小的螺旋升角,增大排屑槽,排屑容易,散熱快,同時(shí)也減小切削加工過程中的切削抗力。

  (2)前角γ:切削時(shí)刃口鋒利,切削輕快,避免鈦合金產(chǎn)生過多切削熱,從而避免產(chǎn)生二次硬化。

  (3)后角α:減小刀刃的磨損速度,有利于散熱,耐用度也得到很大程度的提高。

  切削參數(shù)選擇

  鈦合金機(jī)加工應(yīng)選擇較低的切削速度,適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量,合理的切深和精加工量,冷卻要充分。

  (1)切削速度Vc:Vc=30~50m/min。

  (2)進(jìn)給量f:粗加工時(shí)取較大進(jìn)給量,精加工和半精加工取適中的進(jìn)給量。

  (3)切削深度ap:ap=1/3d為宜,鈦合金親合力好,排屑困難,切削深度太大,會(huì)造成刀具粘刀、燒刀、斷裂現(xiàn)象。

  (4)精加工余量αc:適中,鈦合金表面硬化層約0。1~0。15mm,余量太小,刀刃切削在硬化層上,刀具容易磨損,應(yīng)該避免硬化層加工,但切削余量不宜過大。

  冷卻液

  鈦合金加工盡量不使用含氯的冷卻液,避免產(chǎn)生有毒物質(zhì)和引起氫脆,也能防止鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開裂。可選用合成水溶性乳化液,也可自配冷卻液。

  切削加工時(shí)冷卻液要保證充足,冷卻液循環(huán)速度要快,切削液流量和壓力要大,加工中心都配有專用冷卻噴嘴,只要注意調(diào)整就能達(dá)到預(yù)期效果。

  通過對(duì)鈦合金的特性分析,編制正確、科學(xué)的加工工藝,可以降低成本,提高生產(chǎn)效率。

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