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钛合金的加工特点及工艺分析

发布时间:2019-05-15浏览次数:89

  钛合金材料由于密度小、比强度高、耐高温、抗氧化性能好等特点,在航空航天等领域应用广泛。但钛合金的机械加工性能差,影响了该材料的广泛使用。

  钛合金是在工业纯钛中加入合金元素,以提高钛的强度。钛合金可分三种:a钛合金,b钛合金和a+b钛合金。a+b钛合金是由a和b双相组成,这类合金组织稳定,高温变形性能、韧性、塑性较好,能进行淬火、时效处理,使合金强化。钛合金的性能特点主要表现在:

  (1)比强度高。钛合金密度小(4。4kg/dm3)、重量轻,但其比强度却大于超高强度钢。

  (2)热强性高。钛合金的热稳定性好,在300~500℃条件下,其强度约比铝合金高10倍。

  (3)化学活性大。钛可与空气中的氧、氮、一氧化碳、水蒸气等物质产生强烈的化学反应,在表面形成TiC及TiN硬化层。

  (4)导热性差。钛合金导热性差,钛合金TC4在200℃时的热导率l=16。8W/m·℃,导热系数是0。036卡/厘米·秒·℃。

  钛合金切削加工特性分析

  首先,钛合金导热系数低,仅是钢的1/4、铝的1/13、铜的1/25。因切削区散热慢,不利于热平衡,在切削加工过程中,散热和冷却效果很差,易于在切削区形成高温,加工后零件变形回弹大,造成切削刀具扭矩增大、刃口磨损快,耐用度降低。其次,钛合金的导热系数低,使切削热积于切削刀附近的小面积区域内不易散发,前刀面摩擦力加大,不易排屑,切削热不易散发,加速刀具磨损。钛合金化学活性高,在高温下加工易与刀具材料起反应,形成溶敷、扩散,造成粘刀、烧刀、断刀等现象。

  加工中心加工钛合金的特点

  (1)加工中心可以同时加工多个零件,提高生产效率。

  (2)可提高零件加工精度,产品一致性好。加工中心具有刀具补偿功能,可以获得机床本身的加工精度。

  (3)具有广泛的适应性和较大的加工灵活性。

  (4)可实现一机多能。加工中心可以进行铣削、钻孔、镗孔、攻丝等一系列加工。

  (5)可以进行准确的成本计算,控制生产进度。

  (6)不需要专用夹具,可节约成本经费,缩短生产周期。

  (7)可大大减轻工人的劳动强度。

  (8)可利用UG等CAD/CAM软件进行多轴加工。

  刀具材料的选择

  选用刀具材料应满足下列要求:

  (1)足够的硬度。刀具的硬度必须要远大于钛合金硬度。

  (2)足够的强度和韧性。由于刀具切削钛合金时要承受很大的扭矩和切削力,因此必须有足够的强度和韧性。

  (3)足够的耐磨性。由于钛合金韧性好,加工时切削刃要锋利,因此刀具材料必须有足够的抗磨损能力,这样才能减少加工硬化。这是选择加工钛合金刀具重要的参数。

  (4)刀具材料与钛合金亲合能力要差。由于钛合金化学活性高,因此要避免刀具材料和钛合金形成溶敷、扩散而成合金,造成粘刀、烧刀现象。

  经过对国内常用刀具材料和国外刀具材料进行的切削试验表明,采用高钴刀具效果理想,钴的主要作用是加强二次硬化效果,提高红硬性和热处理后的硬度,同时具有较高的韧性、耐磨性、良好的散热性。

  铣刀的几何参数

  钛合金的加工特性决定刀具的几何参数与普通刀具存在较大区别。

  (1)螺旋角β:选择较小的螺旋升角,增大排屑槽,排屑容易,散热快,同时也减小切削加工过程中的切削抗力。

  (2)前角γ:切削时刃口锋利,切削轻快,避免钛合金产生过多切削热,从而避免产生二次硬化。

  (3)后角α:减小刀刃的磨损速度,有利于散热,耐用度也得到很大程度的提高。

  切削参数选择

  钛合金机加工应选择较低的切削速度,适当的进给量,合理的切深和精加工量,冷却要充分。

  (1)切削速度Vc:Vc=30~50m/min。

  (2)进给量f:粗加工时取较大进给量,精加工和半精加工取适中的进给量。

  (3)切削深度ap:ap=1/3d为宜,钛合金亲合力好,排屑困难,切削深度太大,会造成刀具粘刀、烧刀、断裂现象。

  (4)精加工余量αc:适中,钛合金表面硬化层约0。1~0。15mm,余量太小,刀刃切削在硬化层上,刀具容易磨损,应该避免硬化层加工,但切削余量不宜过大。

  冷却液

  钛合金加工尽量不使用含氯的冷却液,避免产生有毒物质和引起氢脆,也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂。可选用合成水溶性乳化液,也可自配冷却液。

  切削加工时冷却液要保证充足,冷却液循环速度要快,切削液流量和压力要大,加工中心都配有专用冷却喷嘴,只要注意调整就能达到预期效果。

  通过对钛合金的特性分析,编制正确、科学的加工工艺,可以降低成本,提高生产效率。

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