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        基于鈦合金材料的機(jī)械加工工藝分析

        2016-02-05 13:21:05裘敏浩
        中國(guó)設(shè)備工程 2016年15期
        關(guān)鍵詞:切削液刀刃機(jī)械加工

        裘敏浩

        (貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 凱里 556000)

        基于鈦合金材料的機(jī)械加工工藝分析

        裘敏浩

        (貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院,貴州 凱里 556000)

        鈦合金的材料導(dǎo)熱系數(shù)好,具有良好耐熱抗腐蝕性,現(xiàn)在已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本文從鈦合金的特性入手,來對(duì)鈦合金材料的機(jī)械加工工藝進(jìn)行詳細(xì)分析,希望可以對(duì)相關(guān)工作者起到一定的借鑒作用。

        鈦合金材料;機(jī)械加工;工藝分析

        鈦合金材料的機(jī)械加工需要遵循一定的原則,其原則本身與鈦合金的自身具有的基本性質(zhì)有著密切的聯(lián)系。在常見的鈦合金材料的機(jī)械加工工作中,我們要對(duì)所用的切割道具材料進(jìn)行合理選擇,還要保持加工幾何參數(shù)的合理性。在實(shí)際操作中通??梢赃x擇車削、攻絲、電火花等加工工藝。通過這些基本的原則,才能保證加工過后的鈦合金材料可以滿足基本使用需求。下面筆者就對(duì)鈦合金材料的加工工藝進(jìn)行分析。

        1 鈦合金材料特性及應(yīng)用

        鈦合金材料在20世紀(jì)50年代被發(fā)現(xiàn)并逐漸被廣泛應(yīng)用。鈦合金的強(qiáng)度高,并且抗腐蝕性以及耐熱性都較好,所以在機(jī)械加工領(lǐng)域也受到了廣泛的應(yīng)。隨著對(duì)鈦合金的不斷研究以及科學(xué)技術(shù)手段的不斷發(fā)展,其在機(jī)械加工領(lǐng)域的運(yùn)用也逐漸成熟,但是從實(shí)際運(yùn)用情況來看,其在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)還存在著諸多問題。例如鈦合金與其他金屬不同,其自身的導(dǎo)熱性較差還有較強(qiáng)的化學(xué)活性,所以實(shí)際的加工操作還是比較困難的。所以在進(jìn)行機(jī)械加工時(shí),一定要嚴(yán)格遵守鈦合金材料的加工原則,按著正確的加工程序進(jìn)行加工,保證機(jī)械加工可以順利完成,并盡可能少的減少其不當(dāng)操作帶來的影響。

        2 鈦合金材料的機(jī)械加工原則

        一個(gè)科學(xué)合理的機(jī)械加工原則,是高水平機(jī)械加工工藝的基本要求。如果在進(jìn)行機(jī)械加工過程中沒有嚴(yán)格遵守其加工原則,其加工出的鈦合金產(chǎn)品質(zhì)量必然會(huì)受到相應(yīng)程度上的影響,降低生產(chǎn)線上的整體質(zhì)量。下面我們就對(duì)鈦合金的機(jī)械加工原則展開詳細(xì)論述。

        (1)合理的選用刀具材料。機(jī)械加工中的刀具是整個(gè)機(jī)械加工過程中的核心器具,所以在選擇時(shí)要對(duì)鈦合金材料特性以及切割刀具材料的基本特性進(jìn)行充分考慮。在對(duì)切割刀具進(jìn)行選擇時(shí)要充分考慮到切割刀具的特性、所選用的切割方法以及涉及到的加工技術(shù)。另外,還要充分考慮到加工經(jīng)濟(jì)上的合理性,在保證鈦合金材料成品的質(zhì)量同時(shí),盡可能的降低加工成本,保證加工的經(jīng)濟(jì)效益。

        (2)優(yōu)化切削條件。在實(shí)際機(jī)械加工操作時(shí),需要去盡可能的保證高質(zhì)量的機(jī)械加工切削條件,盡可能的滿足機(jī)械加工系統(tǒng)的剛性需求。還有在實(shí)際的加工操作時(shí),相關(guān)的工作人員要對(duì)加工機(jī)床結(jié)構(gòu)之間間隙進(jìn)行合理調(diào)整,其主要是為了減少機(jī)床主軸部件的徑向跳動(dòng),提高鈦合金產(chǎn)品的加工質(zhì)量。另外還要盡可能的去減少加工刀具的切削長(zhǎng)度,增加刀具的厚度,其可以在一定程度上提高刀具的剛度以及強(qiáng)度,降低刀具在使用中的損耗,增加刀具的使用壽命。

        (3)控制切削量在合理的范圍之內(nèi)。鈦合金材料與其他的金屬材料相比,有著很多獨(dú)特的性能特點(diǎn)。例如在進(jìn)行切削加工操作時(shí)要對(duì)鈦合金材料的切削量進(jìn)行合理控制,由于鈦合金材料與其他金屬材料相比,其本身?yè)?jù)有獨(dú)特的材料性質(zhì),如果按照其他金屬材料的切削量,則在實(shí)際的操作中會(huì)對(duì)切削進(jìn)度有一定的影響。所以合理的控制切削量可以保證切削操作的順利進(jìn)行,提高生產(chǎn)效率。

        對(duì)于切削量的控制我們可以從以下幾個(gè)方面入手。第一,要適當(dāng)?shù)慕档颓邢魉俣?,因?yàn)槿绻邢鞯乃俣冗^快,必然會(huì)增加刀具溫度,如果刀具的溫度過高那么就會(huì)降低刀具的剛性強(qiáng)度,從而增加刀刃在切削過程中的損耗,降低刀刃的使用壽命。第二,增加切削深度,據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明,其切削深度與切削溫度沒有太大的關(guān)系,所以在降低切削速度的同時(shí)在一定程度上增加切削深度,可以增加切削操作的工作效率。但是特別注意的是在進(jìn)行粗車操作時(shí),要保證刀具的刀刃完全進(jìn)入所切割的鈦合金表面內(nèi)部,這樣可以有效的降低刀刃的磨損程度,以及刀刃崩壞現(xiàn)象的發(fā)生。第三,禁止在切削加工流程中停止走刀,因?yàn)槿绻谇邢鞑僮鞯倪^程中停止走刀,那么刀刃和正在切削的鈦合金材料就會(huì)增加自身所程度的摩擦力,也會(huì)有一定的幾率使得鈦合金表面硬化,導(dǎo)致加工的產(chǎn)品無(wú)法使用,造成經(jīng)濟(jì)損失。

        (4)進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗颓辛靠刂啤T谶M(jìn)行機(jī)械加工時(shí),應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚?,通過對(duì)鈦合金材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜?,改變鈦合金的性質(zhì),使得可以更好的控制鈦合金材料在機(jī)械操作中所受到的損壞,還可以在一定程度上優(yōu)化鈦合金材料的切削加工。另外還要對(duì)機(jī)械加工時(shí)鈦合金切削量進(jìn)行控制,如果在切削過程中,出屑量較大,那么很有可能影響機(jī)械加工進(jìn)度,還有可能造成器械故障,造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

        (5)重視對(duì)切屑的控制。切屑控制是整個(gè)機(jī)械加工過程的重要操作,這主要是由鈦合金材料的一些性能特點(diǎn),以及機(jī)械切削特點(diǎn)等因素決定的。在實(shí)際加工過程中,需要實(shí)施一定的斷屑措施,來保證加工過程的順利進(jìn)行。

        3 機(jī)械加工技術(shù)分析

        鈦合金的機(jī)械加工主要包括:車削、鉆削、銑削、攻絲、電火花等。英國(guó)在鈦合金加工方面有著先進(jìn)的技術(shù)手段,早在20世紀(jì)末,英國(guó)某一航空公司率先研究并使用了插銑的技術(shù),被許多公司企業(yè)所采用,并且取得了很好的生產(chǎn)效果,另外該公司經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn),選用硬質(zhì)合金銑刀能夠取得更好的機(jī)械加工效果,能夠提高加工速度,節(jié)省時(shí)間。下面從切削液、刀具、工藝參數(shù)等幾方面進(jìn)行闡述。

        (1)切削液。在進(jìn)行鈦合金機(jī)械加工時(shí),刀刃切削過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量和切屑,這些都需要切削液的存在來予以有效解決,當(dāng)然選擇使用切削液也是十分有講究的。研究表明,有效的冷卻和合理的應(yīng)用切削液能夠很好的提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)質(zhì)量。常見的切削液為水溶液,堿性的、油性的等。在國(guó)外一些企業(yè)為了提升鈦合金的機(jī)械加工效率,減少刀具的損壞,采用鹵素潤(rùn)滑冷卻液,能夠起到很好的冷卻效果,但是它在鈦合金表面易形成一層鹽外殼,會(huì)在高溫與壓力的條件下腐蝕機(jī)械,因此要注意清除鹽層,還有要注意,在裝配工序中不能使用這種冷卻液。還有些企業(yè)公司,研發(fā)出固體類型的潤(rùn)滑劑,但是該種潤(rùn)滑劑可能會(huì)對(duì)機(jī)械造成摩擦等損害,所以能否使用還有待考究。

        (2)刀具材料。刀具的性能直接影響機(jī)械加工的質(zhì)量和效率,鈦合金有下面幾種特點(diǎn):可塑性不強(qiáng)、不易導(dǎo)熱、硬化傾向高等,另外在實(shí)際的鈦合金材料加工過程中,會(huì)產(chǎn)生高溫、高壓等環(huán)境,這樣就對(duì)刀具的選擇有很高的要求,通常情況下,為了減小刀具磨損,增加使用壽命,會(huì)選擇硬度高、耐磨性好的刀具,主要有以下幾種類型,高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層型、立方氮化硼等,其中高速鋼刀具有高鋁和高鈷兩種;硬質(zhì)合金刀具則分成粗細(xì)加工兩種;涂層刀具則是有很大的發(fā)展空間,它可以人為的提高抗氧化性以及抗粘結(jié)性等,使得刀具的性能得以提升,能夠應(yīng)對(duì)鈦合金加工的苛刻條件;立方氮化硼刀具,硬度高、熱硬性好被多個(gè)國(guó)家的企業(yè)所采用,并取得較好的加工效果;聚晶金剛石刀具,它能夠很好的契合鈦合金加工的高溫、高速等條件,并且能保證較高的穩(wěn)定性,被廣泛使用。

        (3)刀具的幾何參數(shù)。刀具主要可以分為車刀、鉆頭、銑刀、絲錐、鉸刀等,使用車刀進(jìn)行粗加工時(shí)應(yīng)當(dāng)保證前后角尺寸符合機(jī)械加工的要求,精加工時(shí),為了提高加工質(zhì)量,保證鈦合金表面光滑度、尺寸精準(zhǔn)等,要求刀刃無(wú)倒棱。鉆頭,設(shè)計(jì)鉆頭是要注意加工時(shí)的排屑和冷卻,設(shè)計(jì)合理的螺旋角度,另外還要保證足夠的強(qiáng)度和定性等。銑刀,銑刀會(huì)直接接觸到鈦合金的表面,因此需要有針對(duì)性的精心設(shè)計(jì),以應(yīng)對(duì)鈦合金的加工特性。絲錐,通常為了防止齒崩和扭斷,應(yīng)當(dāng)將前角設(shè)為6~9度,切削錐部分后角為5~11度,錐角為5~7度。鉸刀,主要是需要考慮鈦合金的彈性模量小,保持前角為3~5度,后角10度左右。

        (4)加工工藝的參數(shù)。利用車削的方法削帶硬皮的鈦合金工件時(shí),15

        4 結(jié)語(yǔ)

        目前,鈦合金材料的應(yīng)用越來越廣泛,加強(qiáng)對(duì)鈦合金的機(jī)械加工工藝的分析研究是十分有必要的,經(jīng)過上文的敘述,主要可以從刀具、切削、工藝參數(shù)等方面來進(jìn)行改進(jìn)和提高,提升鈦合金的生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量,相信可以有效推動(dòng)鈦合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

        [1]鄒浩波,張宇,戴麗玲.高速切削加工的刀具材料及其合理選擇[J].機(jī)械工人.冷加工,2005(4).

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        [3]李德強(qiáng),王樹森,包恩達(dá).鈦合金材料在船舶材料上的應(yīng)用與發(fā)展[J].世界有色金屬,2015(9).

        [4]張艷成.鈦及鈦合金材料在建筑上的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景分析[J].稀有金屬與硬質(zhì)合金,2013(5).

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        TG506

        A

        1671-0711(2016)11(上)-0113-02

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