鈦合(hé)金材料由於其密度小,比強度高,耐高溫,抗氧化(huà)性能好等特點,應用廣泛。但鈦合金機械加工性能差,影響了該材(cái)料(liào)的廣泛使(shǐ)用。
鈦合金即在工業純鈦中加入合金元素,以提高鈦的強度。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(jīn)是由a和b雙相組成,這類合金組織穩定,高溫變(biàn)形性能、韌性、塑性(xìng)較好,能進行淬火、時效處理,使合金強化。鈦合金的性能特點主要表現在:1) 比強(qiáng)度高。鈦合金密度小(4.4kg/dm3)重量輕,但其比強度卻大於超高強度鋼。2) 熱強性高。鈦合金的熱穩定性好,在300~500℃條件下,其(qí)強度約比鋁合金高10倍。3) 化學活性大。鈦可與空氣中的氧、氮、一氧化碳、水蒸氣等物質產生(shēng)強(qiáng)烈的化學反應(yīng),在表麵形成TiC及TiN硬化層。導熱性差。鈦合金導熱性差,鈦合金TC4在200℃時的熱導率l=16.8W/m·℃,導熱係數是0.036卡/厘米·秒·℃。鈦合金機加工特性分析首先,鈦合金導熱係數低,僅是鋼的1/4,鋁的1/13,銅的1/25。因切削區散熱慢,不利於熱(rè)平衡,在切(qiē)削加(jiā)工過程中,散(sàn)熱和冷卻效果很差,易(yì)於在切(qiē)削區形(xíng)成(chéng)高溫,加工後零件變形回彈大,造成切削刀具扭矩增大、刃口磨(mó)損快,耐用度降低。其次,鈦(tài)合金的導熱係數低,使切削熱積於切削刀附近的小麵積(jī)區域內(nèi)不(bú)易散發,前刀(dāo)麵摩擦力加大,不易排屑,切削熱不易散發,加速刀具磨損。***後,鈦合金化學活性高,在(zài)高(gāo)溫下加工(gōng)易與(yǔ)刀具(jù)材料起反應,形成溶敷、擴散,造成粘刀、燒刀、斷刀等現象。鈦合金在加工中心上的銑削案例分析零件的結構形式,見圖1。圖1 零件外形尺寸該零件的特點是:·形狀較(jiào)複(fù)雜,精度要求高。·加工過程中必(bì)須進行多種工序加工。·必須(xū)嚴格控製零件公差範圍。·價格昂貴,加工(gōng)成本高。加工(gōng)中心加工鈦合金特(tè)點(diǎn)·加工(gōng)中心(xīn)可以多個零件同時加工(gōng),提高生(shēng)產效率。·提高零件的加工精度,產品一致性好。加工(gōng)中(zhōng)心有刀具補償功能(néng),可(kě)以獲得機床本身的加工精度(dù)。·有廣泛的(de)適應性和較大的靈活性。如本零件的圓弧加工、倒角和過渡圓角。·可以實現一機多能。加工中心可以進行銑削、鑽孔、鏜孔、攻絲等一係列加工。·可以(yǐ)進行******的成本計算,控(kòng)製(zhì)生產進度。·不需要專用夾具,節約大量成本經費,縮短生產周期。·大大減(jiǎn)輕了工人的勞動強度。·可以與UG等加工軟件(jiàn)進行多軸加工(gōng)。刀具材(cái)料的選擇刀具材(cái)料選用應滿足下列要求:·足夠的硬(yìng)度。刀具的硬度必(bì)須要遠大於鈦合金硬度。·足夠的強度和韌性。由於刀具切削(xuē)鈦合金時承受很大的扭矩和切削力(lì),因此必須有足(zú)夠的(de)強度和(hé)韌性。·足夠的耐(nài)磨性(xìng)。由於鈦合(hé)金韌性好,加工時(shí)切削刃要(yào)鋒利,因此刀具材料必須(xū)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(gōng)鈦合金刀具***重(chóng)要的參數。·刀(dāo)具材(cái)料與鈦(tài)合金親合能力要差。由於鈦合金化學活性高,因此要避免刀具材料和鈦合(hé)金形成溶敷、擴(kuò)散而成合金,造成粘刀、燒刀現象。經過對國內常用刀具材料和國外刀具材料(liào)進行試驗表明,采用高鈷刀具效果(guǒ)理想(xiǎng),鈷的主要作用能加強二次硬化效果,提(tí)高紅硬(yìng)性和熱處理後(hòu)的硬度,同時具有較高的韌性、耐磨性、良好的(de)散熱性。銑刀的幾何參數鈦(tài)合金的加(jiā)工特性決定刀(dāo)具的幾何參數與普通刀具存在著較大區別。·螺旋角β 選擇較小(xiǎo)的(de)螺旋升角(jiǎo),排屑槽增大,排屑容易,散(sàn)熱快,同時也減(jiǎn)小切削加工過程中的切(qiē)削抗力。·前角γ 切削時刃口(kǒu)鋒(fēng)利,切削輕快,避免鈦合金產生過多切(qiē)削熱,從而避免產生二次硬(yìng)化(huà)。·後角(jiǎo)α 減小刀刃的磨損速度,有(yǒu)利於散熱,耐(nài)用(yòng)度(dù)也(yě)得(dé)到很大(dà)程度的提高。切削參(cān)數選擇鈦合金機加工應選擇較低的切削速度,適當大的進給量,合理的切深和精(jīng)加工量,冷(lěng)卻要充分。·切(qiē)削速度Vc Vc=30~50m/min·進給量f 粗加工(gōng)時取較大進給量,精加(jiā)工和半(bàn)精加工取適中的進給量。·切削深度ap ap=1/3d為(wéi)宜,鈦合金親合力好,排(pái)屑困難,切削深度太(tài)大(dà),會(huì)造成刀具粘刀、燒刀、斷裂現象。·精加工餘量(liàng)αc適中(zhōng) 鈦合金表麵硬化層約0.1~0.15mm,餘量太小,刀刃切削(xuē)在硬(yìng)化層上,刀具容易磨損,應該避免硬化層加工,但(dàn)切削餘量不宜過大。冷卻液鈦合金加工***好不用(yòng)含氯的冷卻液,避免產生有(yǒu)毒物質(zhì)和引起(qǐ)氫脆,也能防止鈦合(hé)金(jīn)高(gāo)溫應力腐蝕開裂。選用合成水溶性乳化液,也可自配用冷卻液。切削加(jiā)工(gōng)時冷卻液要保證充足,冷(lěng)卻液循環速度要快,切削液流量和壓力要大,加工中心都配有專用冷卻噴嘴,隻要注意調整就能達到預期的(de)效果。通過對(duì)鈦合金的特性分析,解決了鈦合金切削(xuē)加工過程中存在的難題;通過編製正確、科(kē)學的加工工藝,可以降低成本,提高生產(chǎn)效率,得出如下(xià)結論:·用加工中心精加工鈦合金,滿足了零件形狀(zhuàng)複雜,高精度的(de)要求,且可多件同時加工,提高生產效率。·高鈷刀(dāo)具材料是鈦合金理(lǐ)想的加工刀具。·選擇合(hé)理的刀具幾何參數、切削(xuē)參(cān)數、冷(lěng)卻液,可以延長切削刀具(jù)壽(shòu)命,提(tí)高生產效率。·安排出合(hé)理科學的工藝規(guī)程是提高效益、節約成本的***佳方法。
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