| 钛合金可切削性的研究及加工刀具设计 |
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| 日期：2007-8-26 11:40:45 人气：100 [大 中 小] |
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应采用小值前角；此外，钛合金的塑性低，切屑与前刀面的接触面积小，为此也应选用小值前角，这样做可增加切屑与前刀面的接触面积，使切削热和切削压力不至于过分集中于刃口附近，既有利于散热，又加强刃口，避免因切削力集中而产生崩刃。因此，用硬质合金刀具加工(α+β)钛合金时，取前角γ0=5°左右并磨出倒棱f(宽度为0.05～0.1mm)，γf=0°～10°，刀尖磨成r=0.5mm小值圆弧，刃倾角λ=+3°。
但是研究工作表明，车刀前角在28°～30°范围内时刀具的耐用度最好；刀尖圆弧半径增大也可以减少刀具的崩落现象。
一般车削钛合金外圆车刀的几何参数：倒棱f=0.3～0.7mm，γf=0°，γ0=8°～10°，α0=15°，r=0.5mm，λ=0°，κr=45°，κ′r=15°。
(3)切削用量对切削温度的影响
用YG8刀片车削钛合金TA2时，由切削参数的变化与切削温度变化的关系可知，加工时切削温度t随着切削速度v的提高而急剧提高，加大走刀量f也使切削温度t增高，但其影响比提高速度的影响小。切削深度的变化对切削速度的影响较小。
加工时高的切削速度使切削刀具剧烈地磨损，并且使钛合金具有从周围大气中吸收氧和氢的能力，产生所谓“组织的α化”，并使加工表面强化。
通常在选用切削速度和走刀量时，保持切削温度在800℃左右，即当走刀量f=0.11～0.35mm/r时，取切削速度v=40～60m/min。
(4)切削用量对表面粗糙度的影响
由于钛合金对应力集中很敏感，在有刮伤或凹痕时会严重地降低它的疲劳强度，因此钛合金零件表面质量的加工要求很高。
走刀量对于表面质量影响很大。由加工钛合金TC6时(速度v=40m/min，切削深度ap=1mm，后刀面磨损h后≤0.1mm)走刀量与已加工表面表面粗糙度的关系可知，为了要获得表面粗糙度Ra1.6μm，必须选择走刀量f=0.16mm/r；如果加工时分别采用走刀量f=0.25mm/r、0.35mm/r和0.45mm/r，则相应获得的加工表面粗糙度为Ra3.2μm、Ra6.3μm和Ra12.5μm。
切削钛合金时，表面粗糙度与切削速度无关，切削深度的影响也很小，表面质量在同一表面粗糙度内变化。
精加工钛合金时，为了得到Ra1.6μm的表面粗糙度，应采用YG类硬质合金刀片，研磨车刀的工作表面，取车刀几何参数为：γf=0°，γ0=10°，α0=15°，r=0.5mm；选择切削用量为：v=50～70mm/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.3～1.0mm；刀具后面磨损h后≤0.3mm。
通过加大刀尖圆弧半径r，减小走刀量f，降低刀具磨损h后0.15mm，连续车削钛合金，可获得Ra=1.25～0.8μm的表面粗糙度。
3.钛合金的切削加工及刀具设计
3.1 车削加工
钛合金的弹性模数小，如TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的一半，因而由切削力所引起的被加工件弹性变形大，将降低工件精度，为此要改善加工系统的刚性。工件必须很牢固地装夹，刀具对工件支承点的刀矩减到最小。刀具必须锋利，否则将发生振动、磨擦，使刀具耐用度缩短，工件精度下降。
切削钛合金时，仅在切削速度1～5mm/min的范围内，才有积屑瘤形成。因此在一般生产条件下切削钛合金时，不会产生积屑瘤。工件与刀具之间的磨擦系数并不很大，容易得到良好的表面质量。采用冷却润滑液对于改善钛合金表面微观几何形状是没有效果的，切削钛合金时已加工表面粗糙度较低是由于刀具上没有积屑瘤的缘故。
但是，为了改善切削条件，降低切削温度，提高刀具寿命，同时为了消除火灾的危险，加工时使用大量可溶性冷却剂也是必要的。
通常钛合金零件加工时没有发火燃烧的现象，可是在微切削状态下加工时有发火燃烧现象，为了避免这种危险性，应该：①大量使用冷却液；②及时从机床上扫除切屑；③备有灭火器材；④及时更换用钝的刀具；⑤工件表面污染时易引起火花，此时必须降低切削速度；⑥比薄切屑相比，厚切屑不易产生火花，因此要加大走刀量，加大走刀量不会象加大切削速度那样使温度迅速升高。
加工钛合金切削用量的选用准则：应从降低切削温度的观点出发，采用较低的切削速度和较大的走刀量。由于高的切削温度使钛合金从大气中吸收氧和氢造成工件表面硬脆，使刀具剧烈磨损，因此在加工过程中，须使刀尖温度保持在合适的温度，避免温度过高。
在断续切削的条件下用YG8车刀车削带硬皮的钛合金工件时，推荐的切削用量为：v=15～28m/min，f=0.25～0.35mm/r，ap=1～3mm。
在连续切削的条件下用YG3车刀精车钛合金工件时，推荐的切削用量为：v=50～70m/min，f=0.1～0.2mm/r，ap=0.3～1mm。表2为车削加工钛合金时可供选用的切削用量。
表2.车削钛合金时的切削用量
工序性质－钛合金材料－硬度－切削余量(mm)－切削速度(mm/min)－走刀量(mm/r)
荒车－TA1～7，TC1～2－软－＞氧化皮厚度－18～36－0.1～0.25
荒车－TA8，TC3～8－中－＞氧化皮厚度－12～27－0.08～0.15
荒车－TC9～10，TB1～2－硬－＞氧化皮厚度－7.2～18－0.06～0.12
粗车－TA1～7，TC1～2－软－＞2－30～54－0.2～0.4
粗车－TA8，TC3～8－中－＞2－24～54－0.15～0.3
粗车－TC9～10，TB1～2－硬－＞2－15～30－0.1～0.2
精车－TA1～7，TC1～2－软－0.07～0.75－37.5～60－0.07～0.15
精车－TA8，TC3～8－中－0.07～0.75－30～48－0.07～0.12
精车－TC9～10，TB1～2－硬－0.07～0.75－18～36－0.05～0.12
用YG6X车刀车削TC4(硬度为HB320～360)，ap=1mm、f=0.1mm/r时的最佳切削速度为60mm/min。在此基础上不同走刀量和切削深度下的切削速度见表3。
表3.车削钛合金TC4的切削速度
ap－1mm－2mm－3mm
F(mm/r)－0.1,0.15,0.2,0.3－0.1,0.15,0.2,0.3－0.1,0.2,0.3
V(mm/min)－60,52,43,36－49,40,34,28－44,30,26
加工钛合金的典型车刀具有如下特点：①刀片材料为YG6X，YG10HT；②前角较小，一般γ0=4°～6°，增强刀头强度；③有f |
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| 出处：本站原创 作者：佚名 | |
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