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(1)材料中很有很高的質點,硬度或高溫硬度高,加工硬化大。
(2)導熱性差,切屑溫度高。
(3)化學活性大,特別是高溫強度大,易與刀具粘結,造成其切屑加工性差。
(4)鈦合金在300以上高溫下極易與刀具材料產生親和,切屑時刀具材料中的一些元素不是溶于鈦中,便與鈦發生化學作用,造成導熱性差,熱擴散率很小,切屑溫度很高,鈦合金的切屑溫度很高,鈦合金的切屑溫度比45#鋼高一倍以上。
(5)鈦合金的切屑力雖然不大,約為碳鋼的75% 。但是切屑鈦合金時刀尖所受的應力卻是切屑碳鋼的15倍,造成鈦合金加工硬化現象很嚴重,因而對切屑加工性的影響也更大。
按照鈦合金材料自身加工的特性,要求刀具應具有抗變強度高,硬度高韌性好,熱硬性好,耐磨性好及散熱性好等特性。目前,國內外用于鈦合金切削的刀具材料主要有:
(1)TiC(N)基硬質合金 有很高的硬度和耐磨性。
(2)涂層硬質合金 涂層刀具是在韌性較好的刀體上,涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物,使刀具既有高的韌性,又有很高的硬度和耐磨性,涂層刀具的壽命比未涂層刀具要高2~5倍。
(3)陶瓷刀具 經高溫高壓燒結而成,具有較好的導熱性和耐磨性及高的硬度,但是性質較脆,容易沿晶體的理體而破裂導致大塊崩刃。
(4)聚晶金剛石PCD和立方氮化硼等 這是在高溫高壓下將微細的立方氮化硼CBN材料通過結合燒結在一起的多晶材料,具有很高的熱穩定性(可承受1200℃以上的切削溫度),硬度和耐磨性。
根據我們日常經常加工的鈦合金零件實際結果來看,可以證實并分析出一下的特性
(1)涂層硬質合金刀具能基本滿足鈦合金加工
(2)采用低轉速,降低刀具磨損,延長刀具的使用壽命。
(3)快的進給速度,每轉的切削在0.01mm左右,不易產生加工硬化現象
(4)加工的轉速不能太高也不能太低,太高或太低都會加速刀具的磨損。
(5)采用進口的硬質合金刀具要比國產和配頭的刀具韌性要好,斷刀率要低。
總之,鈦合金加工不僅需要較好的刀具還需要其他的條件比如油壓,刀具長度的合理選著,尾架的壓力,機床的的直線度等等由于我們的軸類機床大部分都是錐夾 式自動定位,所以夾具本身的精度也影響加工出質量的好壞,還有工件本身的問題,排除其他的因素要合理的加工鈦合金就必須要選者合理的加工參數,根據實際加 工的情況適當的調整。
車削
鈦合金車削易獲得較好的表面粗糙度,加工硬化不嚴重,但切削溫度高,刀具磨損快。針對這些特點,主要在刀具、切削參數方面采取以下措施: 刀具材料:根據工廠現有條件選用YG6,YG8,YG10HT. 刀具幾何參數:合適的刀具前后角、刀尖磨圓。 較低的切削速度, 適中的進給量,較深的切削深度,充分冷卻,車外圓時刀尖不能高于工件中心,否則容易扎刀,精車及車削薄壁件時,刀具主偏角要大,一般為75~90°。
銑削
鈦合金銑削比車削困難,因為銑削是斷續切削,并且切屑易與刀刃發生粘結,當粘屑的刀齒再次切入工件時,粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料,形成崩刃,極大地降低了刀具的耐用度。因此對鈦合金銑削采取了3點措施:
銑削方式:一般采用順銑。
刀具材料:高速鋼M42.
從工件裝夾及設備方面提高工藝系統剛性。 這里需要特別指出的是:一般合金鋼的加工均不采用順銑,因機床絲杠、螺母間隙的影響,順銑時,銑刀作用在工件上,在進給方向上的分力與進給方向相同,易使 工件臺產生間隙性竄動,造成打刀。對順銑而言,刀齒一開始切入就碰到硬皮而導致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚,在初切入時刀具易與工件發生干摩 擦,加重刀具的粘屑和崩刃,就鈦合金而言,后一矛盾顯得更為突出。 此外,為使鈦合金順利銑削,還應注意以下幾點: 相對于通用標準銑刀,前角應減小,后角應加大。;銑削速度宜低。;盡量采用尖齒銑刀,避免使用鏟齒銑刀;刀尖應圓滑轉接;大量使用切削液。;為提高生產效 率,可適當增加銑削深度與寬度,銑削深度一般粗加工為1.5~3.0mm,精加工為0.2~0.5mm.?
磨削
磨削鈦合金零件常見的問題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其原因是鈦合金的導熱性差,使磨削區產生高溫,從而使鈦合金與磨料發生粘結、擴散以及強 烈的化學反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著下降,擴散和化學反應的結果,使工件被磨表面燒傷,導致零件疲勞強度降低,這在磨削鈦合金鑄件時更為明顯。為 解決這一問題,采取的措施是:
選用合適的砂輪材料:綠碳化硅TL.
稍低的砂輪硬度:ZR1. 較粗的砂輪粒度:60.
稍低的砂輪速度:10~20m/s.
稍小的進給量,用乳化液充分冷卻。
鉆削 鈦合金鉆削比較困難,常在加工過程中出現燒刀和斷鉆現象。這主要是由于鉆頭刃磨不良、排屑不及時、冷卻不佳以及工藝系統剛性差等幾方面原因造成的。因此,在鈦合金鉆削加工中須注意以下幾點: 刀具材料:高速鋼M42,B201或硬質合金。 合理的鉆頭刃磨:加大頂角、減少外緣前角、增大外緣后角,倒錐加至標準鉆頭的2~3倍。 勤退刀并及時去除切屑,注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過程中切屑出現羽狀或顏色變化時,表明鉆頭已鈍,應及時換刀刃磨。 加足切削液:一般用豆油,必要時可加法國OLTIP鉆孔攻絲專門使用油。 提高工藝系統剛性:鉆模應固定在工作臺上,鉆模引導宜貼近加工表面,盡量使用短鉆頭。 還有一個值得注意的問題是:當采取手動進給時,鉆頭不得在孔中不進不退,否則鉆刃摩擦加工表面,造成加工硬化,使鉆頭變鈍。
鉸削 鈦合金鉸削時刀具磨損不嚴重,使用硬質合金和高速鋼鉸刀均可。工廠常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。使用硬質合金鉸刀時,要采取類似鉆削的工藝系統剛度,防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時出現的主要問題是鉸孔不光,可采取以下解決措施: 用油石修窄鉸刀刃帶寬度,以免刃帶與孔壁粘結,但要保證足夠的強度,一般刃寬在0.1~0.15mm為好。 切削刃與校準部分轉接處應為光滑圓弧,磨損后要及時修磨,并要求各齒圓弧大小一致;必要時可加大校準部分倒錐;兩次鉸削。粗鉸余量0.1mm,精鉸余量一般小于0.05mm;主軸轉速60r/min;鉸完退刀時,手鉸不能反轉退出,機鉸應不停車退出鉸刀。
攻絲 鈦合金攻絲,特別是M6mm以下的小孔攻絲相當困難。主要因為切屑細小,易與刀刃及工件粘結,造成加工表面粗糙度值大,扭矩大。攻絲時絲錐選用不當及操作不當極易造成加工硬化,加工效率極低并時有絲錐折斷現象。其解決辦法如下: 優先選用一絲到位的跳牙絲錐,齒數應較標準絲錐少,一般為2~3齒。切削錐角宜大,錐度部分一般為3~4扣螺紋長度。為便于排屑,還可在切削錐部分磨出負傾角。盡量選用短絲錐以增加絲錐剛性。絲錐的倒錐部分應較標準的適當加大,以減少絲錐與工件的摩擦。 加工螺紋底孔時,先粗鉆再用擴孔鉆擴孔,以減小底孔的加工硬化。對于螺距為0.7~1.5mm的螺紋,底孔尺寸可加工到國標規定的標準螺紋底孔的上差并允許再加大0.1mm. 如果不受螺孔位置及工件形狀限制,盡量采用機攻,避免手工攻絲進給不勻、中途停頓而造成的加工硬化。