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        鈦合金車削加工技術(shù)

        2013-12-29 00:00:00朱鵬偉李建偉
        科技資訊 2013年10期

        摘 要:鈦合金具有比重小、熱強(qiáng)度高,抗腐蝕性好等特性,廣泛應(yīng)用于航空、航天、化工等行業(yè),但鈦合金零件的車削加工卻非常困難、加工效率低。本文探討了鈦合金的車削加工措施,對(duì)如何加工這種用途廣泛的難加工材料將有所幫助。

        關(guān)鍵詞:鈦合金材料 切削加工 刀具材料 刀具幾何參數(shù)

        中圖分類號(hào):TG5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2013)04(a)-0128-01

        鈦合金具有比重小、熱強(qiáng)度高、抗腐蝕性好等特性,但鈦合金零件的車削加工卻非常困難,加工效率低。所以怎么樣攻克鈦合金加工難,效率低。我們對(duì)鈦合金的性能在車削加工中的影響進(jìn)行了研究分析,得出了以下鈦合金車削加工策略,并在實(shí)際加工中取得了良好的效果。

        1 鈦合金材料的類型及性能

        1.1 鈦合金的類型

        鈦合金是以鈦為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體:882 ℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)α鈦,882 ℃以上為體心立方的β鈦。利用鈦的兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn),添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪?,使其得到不同組織的鈦合金(titanium alloys)。按基本組織分為以下三類:α合金鈦,(α+β)鈦合金和β鈦合金,分別以TA、TC、TB表示。

        1.2 鈦合金的性能

        1.2.1 強(qiáng)度、熱強(qiáng)度高

        鈦合金的密度大,強(qiáng)度高。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料。鈦的熔點(diǎn)為166 ℃,具有較高的熱強(qiáng)度,可在550 ℃以下工作。

        1.2.2 抗腐蝕性好

        在500 ℃以下鈦合金,鈦合金易形成致密的氧化膜,故不易被進(jìn)一步的氧化。對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng);對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。

        1.2.3 導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量小

        49930d24f069f2e2d7c608d6e058c816b9f1a9c903d517035d18cd44392a91c8鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)平均是工業(yè)純鈦的一半。彈性模量約為鋼的1/2,彈性模量小。

        1.2.4 化學(xué)活性大

        鈦的化學(xué)活性大,與大氣中O、N、H、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2%時(shí),會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC;溫度較高時(shí),與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層;氫含量上升,也會(huì)形成脆化層。鈦的化學(xué)親和性也大,易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。

        2 影響鈦合金切削加工的因素

        (1)熱導(dǎo)系數(shù)小,散熱條件不好,導(dǎo)致切削溫度升高,加快刀具磨損,降低使用壽命。

        (2)溫度達(dá)到600 ℃以上時(shí),形成氧化層,對(duì)刀具具有強(qiáng)烈的磨損作用。

        (3)鈦合金彈性模量小,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工件的精度。

        (4)鈦的化學(xué)活性大,在高的切削溫度下,易于相接觸的金屬發(fā)生親和,導(dǎo)致粘結(jié)、擴(kuò)散,加劇刀具磨損。

        3 鈦合金材料切削加工普遍原則

        根據(jù)鈦合金的特點(diǎn)和切削加工中的出現(xiàn)的問題,加工時(shí)需要考慮以下因素:

        (1)切削速度不宜太高。實(shí)驗(yàn)表明切削速度越高,切削溫度會(huì)隨之增加,直接影響刀具的磨損和壽命。因此,要選擇合適的切削速度。

        (2)切削深度可較大。切削深度對(duì)切削溫度影響較小,所以在合理選擇切削速度的前提下,盡量增大切削深度,可以使刀具的刀尖在硬化層下工作,提高刀具的耐用度。

        (3)工藝系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度。機(jī)床主軸應(yīng)具有較小的間隙,跳動(dòng)量?。坏毒呱斐霾灰走^長,保持有足夠的強(qiáng)度;夾具夾緊力要適當(dāng),不易過大防止變形。

        (4)加注充分的冷卻液。由于鈦合金在加工過程中,溫度很高,化學(xué)活性大。在微量切削時(shí),易出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象,所以必須加注充分的切削液。常用的切削液有乳化液和極壓水溶性切削液。

        4 刀具材料、幾何參數(shù)及切削用量的選擇

        4.1 刀具材料的選擇

        由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小,塑性低,易出現(xiàn)加工硬化等,所以切削加工鈦合金時(shí)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,一般選用硬質(zhì)合金刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG8W、YG10H、YG6A、YS2T、YGRM和YD15等。

        (1)粗加工時(shí),應(yīng)選擇YG8、YG8W、YG10H、YG6A等。

        (2)精加工時(shí),切削量較小,可以選用YG8W、YD15等。

        4.2 刀具幾何參數(shù)及切削用量選擇

        以外圓車刀為例。

        粗加工時(shí),前角選擇3°~7°,后角為8°~15°,刀尖圓弧半徑為0.5~1.0 mm;切削速度25~38 m/min,切削深度3~5 mm,進(jìn)給量0.3~0.5 mm/r。

        精加工時(shí),前角選擇10°~15°,后角為8°~15°,刀尖圓弧半徑為0.3~0.5mm;切削速度50~75 m/min,切削深度0.2~0.5 mm,進(jìn)給量0.1~.0.15 mm/r。

        4.3 其它參數(shù)選擇

        (1)磨出0.05~0.1 mm的負(fù)倒棱,增強(qiáng)切削刃強(qiáng)度。

        (2)粗車時(shí),刃傾角λ=-3°~-5°,精車時(shí)刃傾角λ=-3°~0°。

        5 鈦合金車削時(shí)的注意事項(xiàng)

        (1)由于鈦合金的彈性模量小,工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,會(huì)降低工件的加工精度;工件安裝時(shí)夾緊力不宜過大,必要時(shí)可增加輔助支承。

        (2)車削外圓時(shí),刀具刀尖不能高于工件中心,防止出現(xiàn)扎刀現(xiàn)象。

        (3)不能使用含氫的切削液。 如果使用含氫的切削液,須采取安全防護(hù)措施,同時(shí)切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件。

        (4)在車削薄壁工件和精加工時(shí),刀具的主偏角不易過小。

        (5)經(jīng)清洗過的鈦合金零件,要防止油脂或指印污染,防止造成鹽的應(yīng)力腐蝕。

        6 結(jié)論

        綜合考慮鈦合金的性能對(duì)車削加工的影響,為了成功實(shí)現(xiàn)鈦合金的車削加工,關(guān)鍵是選擇合理的刀具材料;合理的刀具幾何參數(shù);盡可能選擇低的切削速度、較大的切削深度以及進(jìn)給量,并加注充分的冷卻液,最終將會(huì)取得良好的加工效果。

        參考文獻(xiàn)

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