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      為什么鈦合金難加工?

      [ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2021-07-19 | 瀏覽:2196 ]

      為什么我們認為鈦合金是一種難加工材料?因為對其加工機理和現象缺乏深刻的認識。

      1.鈦加工的物理現象

      鈦合金加工時(shí)的切削力只是略高于同等硬度的鋼,但是加工鈦合金的物理現象比加工鋼要復雜得多,從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。

      大多數的鈦合金的熱導率很低,只有鋼的1/7,鋁的1/16。因此,在切削鈦合金過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不會(huì )迅速傳遞給工件或被切屑帶走,而集聚在切削區域,所產(chǎn)生的溫度可高達1 000℃以上,使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤,快速出現磨損的刀刃,又使切削區域產(chǎn)生更多的熱量,進(jìn)一步縮短刀具的壽命。

      切削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫同時(shí)破壞了鈦合金零件的表面完整性,導致零件幾何精度下降和出現嚴重減少其疲勞強度的加工硬化現象。

      鈦合金的彈性對零件性能來(lái)說(shuō)可能是有益的,但是在切削過(guò)程中,工件的彈性變形是產(chǎn)生振動(dòng)的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開(kāi)刀具和反彈,從而使刀具與工件之間摩擦現象大于切削作用。摩擦過(guò)程也會(huì )產(chǎn)生熱,加重了鈦合金導熱性不良問(wèn)題。

      加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時(shí),這個(gè)問(wèn)題就更加嚴重,將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度不是一件容易的事。因為隨著(zhù)工件材料被刀具推開(kāi)時(shí),薄壁的局部變形已經(jīng)超出彈性范圍而產(chǎn)生塑性變形,切削點(diǎn)的材料強度和硬度明顯增加。此時(shí),按照原先確定的切削速度加工就變得過(guò)高,進(jìn)一步導致刀具急劇磨損。

      “熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍首”!

      2. 加工鈦合金的工藝訣竅

      在理解鈦合金加工機理的基礎上,加上以往的經(jīng)驗,加工鈦合金的主要工藝訣竅如下:

      (1) 采用正角型幾何形狀的刀片,以減少切削力、切削熱和工件的變形。

      (2) 保持恒定的進(jìn)給以避免工件的硬化,在切削過(guò)程中刀具要始終處于進(jìn)給狀態(tài),銑削時(shí)徑向吃刀量ae應為半徑的30%。

      (3) 采用高壓大流量切削液,以保證加工過(guò)程的熱穩定性,防止因溫度過(guò)高導致工件表面變性和刀具損壞。

      (4) 保持刀片刃口鋒利,鈍的刀具是熱集結和磨損的原因,容易導致刀具失效。

      (5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工,因為淬硬后材料變得更難加工,熱處理提高了材料的強度并增加刀片的磨損。

      (6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入,盡可能把更多的刀刃進(jìn)入切削。這可以減少每一點(diǎn)的切削力和熱量,防止局部破損。在銑削鈦合金時(shí),各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大,徑向吃刀量(銑削深度)ae次之。

      3. 從刀片入手解決鈦加工難題

      鈦合金加工時(shí)出現的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損,它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過(guò)800℃的化學(xué)反應和擴散,也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過(guò)程中,工件的鈦分子在刀片的前面積聚,在高壓高溫下“焊接”到刀刃上,形成積屑瘤。當積屑瘤從刀刃上剝離時(shí),將刀片的硬質(zhì)合金涂層帶走,因此,鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

      4. 適合鈦加工的刀具結構

      鈦合金加工的焦點(diǎn)是熱,大量高壓切削液要及時(shí)準確地噴射到切削刃上,才能夠快速地將熱量移除。市場(chǎng)上有專(zhuān)門(mén)用于鈦合金加工的銑刀獨特結構。


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