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  • 鈦合金加工解決方案


    鈦合金材料具有諸多優缺點,而其缺點包括硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性變形大、彈性模量低等。鈦合金主要用于制作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件,另外在醫療領域,還用于人體骨骼植入等。因其精度要求高,且加工難度大,對加工刀具有較高的要求。

    鈦合金加工過程,導熱系數小定會使材料的切削溫度過高;比熱小定會使材料的局部溫升過快,進而降低刀具的使用壽命;彈性模量低定會加劇材料表面的加工回彈,進而導致刀具磨損或者崩刃;高溫環境里,化學活性強定會加劇其與氮、氫、氧間的化學作用,進而增加機械加工的難度。此外,鈦合金加工過程,切削條件、刀具材料、切削加工時間均會對切削加工的綜合效率造成影響,因此鈦合金材料切削加工過程,必須對相關方面進行嚴格控制。

    鈦合金材料的機械加工工藝種類繁多,比如電火花加工、銑削、車削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機械加工過程,刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數均屬重要的影響因素,因此必須予以高度重視。

    1.切削液

    鈦合金材料的切削加工過程,切削液的使用既能降低刀刃的熱量,也能沖走切屑,進而實現切削力的降低,可見切削液的使用必須合理,如此方能實現零件加工表面質量以及生產效率的改善。目前,常用的切削液包括非水溶性油質溶液、水基可溶性油質溶液、水或堿性水溶液三種。

    2.刀具材料

    鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導熱系數低的缺點,因此加工過程勢必表現出切削溫度高、切削力度大的特點,進而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命,可見所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強的特點。目前,常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質合金牌號、涂層刀具(抗粘結性能強、抗氧化性能強、耐磨性好等)、立方氮化硼刀具(熱硬性高、硬度高等)、聚晶金剛石刀具(硬度高、耐磨性高、導熱性高、摩擦系數低等)五種。

    3.刀具的幾何參數

    鈦合金材料的粗加工過程,盡量選用前/后角小、剛性高的刀具,比如鈦合金TC4的粗加工,前角取0~3°。鈦合金材料的精加工過程,盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負倒棱小或者無倒棱的刀具,比如鈦合金TC4的精加工,前角取8~15°。若選用鏜刀或者圓車刀加工鈦合金,前/后角分別取10~15°、8~14°,刀尖圓弧半徑取0.2~0.6mm;若選用螺紋車刀,前/后角分別取0°、10°;若選用成型車刀,前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設計必須滿足排屑流暢性的要求,即螺旋角取25~30°、就鉆頭螺旋槽進行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑;根據實情就橫刃進行修磨,以確保鉆頭的強度以及定心作用更好,此外鉆頭頂角取135~140°、鉆頭后角取12~15°,以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設計必須滿足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言,前/后角分別取6~8°、6~12°,螺旋角取35~40°(前段取3°),而刀尖圓弧半徑取0.5~0.6mm。攻絲的切削環境往往保持著半封閉狀態,因此切削液順利流至切削區的難度較大,且潤滑以及散熱效果較差,外加鈦合金僅有較小的彈性模量,如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況,優化攻絲的幾何參數尤其重要,即切削錐部分后角取6~12°,前角取7~10°,切削錐角取5~7°30′,校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性,即鉸刀的前/后角分別取3~5°、10°,切削刃寬度取0.15mm。

    4.鈦合金材料的切削加工工藝參數

    針對斷續切削以及連續切削的情況,設置合適的車削工藝參數。

    切削加工鈦合金應從降低切削溫度和減少粘結兩方面出發,選用紅硬性好、抗彎強度高、導熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料,由于高速鋼的耐熱性差,因此應盡量采用硬質合金制作的刀具。

    錸因精工針對此類產品研發了超級硬質合金刀具,通過添加稀貴金屬,細化硬質合金刀具材料晶粒,相比普通的硬質合金刀具,增強了刀具的紅硬性及耐磨性,能有效提高使用壽命及加工效率。

     

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