钛合金切削中刀具材料选用及加工工艺介绍

2018-11-05作者 缅甸小勐拉

 

  由于钛合金具有比重小,比强度与热强度高,热稳定性和抗腐蚀性好,可以显著地减轻产品重量,提高推重比、结构的抗热能力和可靠性,所以在航空、航天、石油、化工、造船等部门得到广泛应用,几年来,由于产品结构要求,我们在钛合金的切削加工工艺上进行了一些探索,下面就此作一介绍。

  钛,随着添加其它合金元素的种类、数量不同,相变、温度及相分含量也逐渐改变,从而得到不同的钛合金,室温下可分为

  钛及钛合金的切削加工,从切削的刀具耐用度、加工表面的质量及切屑形成和排屑的难易程度等方面来衡量,钛及钛合金属难加工材料。钛及钛合金的切削加工性比奥氏体不锈钢还差,退火或固溶处理的钛合金切削加工性优于高温合金,而经时效处理后的钛合金切削加工性和高温合金差不多。

  导热、导温系数小,切削温度高。 钛合金的导热系数平均是工业纯钛的一半,导温系数分别为铁和铝的1/4和1/16,因此在相同的切削条件下,钛合金的切削温度比45钢高1倍以上。

  切削变形系数小,单位面积上的切削力大。 钛合金的切削变形系数小于1或接近1,钛合金切屑被主切削刃切离后,立即向上翻卷,使切屑与刀具前刀面接触减少,刀具单位面积上所承受的压力要比一般钢材大得多,切削温度急剧上升。

  化学活性大。钛合金在300℃以上高温下极易与刀具材料“亲和” , 产生严重的粘刀现象。

  切削加工钛合金的刀具材料,要求抗变强度高、硬度高、韧性好、热硬性好、耐磨性好,还要散热好,决不能用含钛的刀具材料,因为含钛的刀具材料在高温下很容易与钛合金亲和,加剧刀具磨损。切削刀具要求刀面表面光洁,刃口锋利。对多刃刀具,应控制切削刃的跳动量。常用切削钛合金的刀具材料见表1。

  刀具选择:切削加工六方外形选用端铣刀,YG8刀片,120刀盘,6个刀片。刀具几何参数为成品角度。

  切削参数选择:主轴转速118r/min,进给量47.5mm/min,铣削深度6mm。

  切削加工情况:有YG8铣平面,刀具切削轻松,在进刀与工件接触时以及刀具将工件切透时有振动,中间切削过程平稳,使用磨削液。留0.5mm 余量进行精铣,可获得R

  刀具选择:选用硬质合金立铣刀,刀具材料为Y330。铣刀外径40。

  切削加工情况:用Y330加工十字形状,手动横向进给,刀具切削轻松,切削时加磨削液充分冷却。精铣时铣刀底刃修磨R2,后角为10°~12°,并用碳化硅油石修磨使切削刃光滑,工件能得到R

  1.6的表面粗糙度。此时后角的选择,尤其是刀具圆弧面后角的选择至关重要,过大,会在铣削过程中产生振动,容易崩刃,使切削刃产生锯口,加剧磨损:过小,会造成排屑、断屑困难,切屑还会粘刀,后刀面与工件磨擦现象严重,刀具磨损加快。因此正确地修磨后角,可以提高刀具的使用寿命。

  刀具材料为YG8,45°偏刀断续切削,使用磨削液让切削刃冷却。用工装夹持工件,每组加工8件,粗车切削用量V=25~38m/min,f=0.3~0.5mm/r,ap=3~5mm.如加工中间内孔,在连续切削的条件下精车,切削用量V=50~75m/min,f=0.1~0.2mm/r,ap=0.25~0.8mm。

  粗车时,刀尖圆弧半径r0=0.5mm,精车时r0=1~2mm,以增强刀尖强度。

  1.6的表面粗糙度,并能有效地提高刀具寿命,主切削刃在刃磨后用碳化硅油石研磨出倒棱,可消除刃磨产生的锯口,提高抗磨损能力,并增强主切削刃强度。

  图1所示U槽深约24mm,宽18mm,圆弧为28,弧形槽弦长61mm,为半盲槽,加工后底部弧面及两侧面壁厚为4mm。由于是半盲槽,刀具进入切槽后,铣削阻力增大,排屑不畅,刀具与切屑挤压现象严重,切削过程中有振动,刀具易崩刃,如继续切削,刀具将在颈部处折断。加工后的零件表面凹凸不平,表面粗糙度达不到要求。在选用刀具上,原选用硬质合金立铣刀加工,由于铣削产生的振动使铣刀崩刃,刀具寿命较短。后改用超硬铝高速钢铣刀(刀具牌号W6Mo5Cr4V2Al)切槽,取得了较满意的效果。其加工步骤如下:

  先将铣刀底部磨出圆角R2,后角值取8°~12°,并用油石修光。如果刀具底部圆角磨削不好及尺寸大小不一,或不等高,那么刀具的使用寿命则会降低。

  粗铣,取主轴转速300r/min,加磨削液。手动进给,两侧各留5mm,分两次铣削,第一次吃刀深度为12mm,第二次吃刀深度为10mm,底面保证最大尺寸留2mm余量。试验得知,一把刀在不受撞击,正常使用的情况下,可加工40件、80条这样的槽,然后将铣刀卸下刃磨,第二次刃磨后的铣刀,其耐用度稍差。如用硬质合金立铣刀加工,一把硬质合金铣刀在圆角处刃磨角度合理的情况下,也只能加工4条槽,但表面粗糙度达不到要求。使用超硬铝铣刀,其耐用度要比硬质合金铣刀提高10~12倍。

  半精铣,取主轴转速475r/min,进给速度475mm/min,不加冷却液。

  装上工装精加工R388圆弧底面及两侧面尺寸4mm,圆角R2,取主轴转速475r/min,在圆盘上加工应保证逆铣,铣削中有振动,可调整圆工作台间隙,螺母调紧,减少振动。顺铣带刀严重,圆盘的窜动容易将零件啃伤,造成零件报废。试验得知,用超硬铝高速钢铣刀对工件进行半精加工至精加工,其经济价值非常可观,一把铣刀可直接加工120件,甚至还要多一些,而用硬质合金铣刀其使用寿命仅是它的十分之一。

  影响钛合金切削加工的因素很多,要依据实际零件加工情况从各个方面进行综合分析,找出最佳途径。下面就我厂这几年来在加工TA7、TC4材料零件中采取的几点措施作一简介。

  切削加工钛合金应选择刚性好、功率大、具有大的变速范围和进给范围的机床,以便于调整切削参数。切削加工前认真调整机床导轨间隙,或单独使用某一方向进给加工时,最好将另一方向的螺母锁紧,减少机床振动:夹具刚性要好,使用圆工作台时,应将其间隙调好,螺母锁紧。

  切削加工钛合金时,应重点考虑钛合金切削时会产生较高温度的因素,由于切削温度高,刀具磨损加快。切削温度一般取值为:硬质合金刀具切削温度应控制在600~800℃,高速钢刀具切削温度控制在450~560℃的范围内,还要严格控制切削用量,特别是切削速度不能高。在实际加工中要根据具体材料和不同加工工序进行选择,并使用充足的切削液,提高切削效率。切削钛合金刀具的几何参数见表2 ,切削钛合金的切削用量见表3 。

  ·先进刀具设计技术:刀具结构、刀具材料与涂层技术(10.29 9:31)

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