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        高新技術企業20多項新型專利

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        【刀父課堂】一文讀懂鈦合金。

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        瀏覽:- 發布日期:2018-12-22 17:28:43【

        【刀父課堂】一文讀懂鈦合金。

        導讀:
        鈦合金在飛機機身上的應用比例已經超過30%,鈦合金有很多優異特性,切削特點,強度高、耐高溫、穩定性好,但是切削加工困難,有什么注意事項?和應該避免哪些問題?小編接下來一一為大家分析解答。

        鈦合金的主要用途是什么?
        1
        、航空航天領域用鈦大多集中在西方國家,尤其是美國,60%的鈦材都應用到這個領域。亞洲國家,日本和中國在此領域中鈦的投入量均在10%左右。但是近年來隨著亞洲航空航天的飛速發展,鈦在航空航天領域的消費量將會隨之增長。從全球角度來看,航空業對鈦市場起著決定性的作用,從歷史上看,鈦行業大的周期輪回都和航空業的冷暖密切相關。
        鈦合金銑刀
        而我們刀父與航天航空企業3年的合作,已成功在這一領域獲得一致好評。

        鈦合金有哪些切削特點?


              鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難,小于HB300時則容易出現粘刀現象,也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個方面,關鍵在于鈦合金本身化學、物理、力學性能間的綜合對其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點:

         

              (1)變形系數小:這是鈦合金切削加工的顯著特點,變形系數小于或接近于1。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增大,加速刀具磨損。

         

              (2)切削溫度高:由于鈦合金的導熱系數很小(只相當于45號鋼的1/5~1/7),切屑與前刀面的接觸長度極短,切削時產生的熱不易傳出,集中在切削區和切削刃附近的較小范圍內,切削溫度很高。在相同的切削條件下,切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上。

         

              (3)單位面積上的切削力大:主切削力比切鋼時約小20%,由于切屑與前刀面的接觸長度極短,單位接觸面積上的切削力大大增加,容易造成崩刃。同時,由于鈦合金的彈性模量小,加工時在徑向力作用下容易產生彎曲變形,引起振動,加大刀具磨損并影響零件的精度。因此,要求工藝系統應具有較好的剛性。

         

              (4)冷硬現象嚴重:由于鈦的化學活性大,在高的切削溫度下,很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮;同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的疲勞強度,而且能加劇刀具磨損,是切削鈦合金時的一個很重要特點。

         

              (5)刀具易磨損:毛坯經過沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后,形成硬而脆的不均勻外皮,極易造成崩刃現象,使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外,由于鈦合金對刀具材料的化學親和性強,在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下,刀具很容易產生粘結磨損。車削鈦合金時,有時前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴重;進給量f<0.1 mm/r時,磨損主要發生在后刀面上;f>0.2 mm/r時,前刀面將出現磨損,用硬質合金刀具精車和半精車時,后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。

        合金銑刀

        切削鈦合金時怎樣選擇刀具材料?

              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,YG類硬質合金比較合適。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。常用的硬質合金刀具材料有YG8YG3YG6XYG6A813 643 YS2TYD15等。

         

              涂層刀片和YT類硬質合金會與鈦合金產生劇烈的親和作用,加劇刀具的粘結磨損,不宜用來切削鈦合金;對于復雜、多刃刀具,可選用高釩高速鋼(W12Cr4V4M0)、 高鈷高速鋼(W2M09Cr4VC08)或鋁高速鋼(W6Mo5Cr4V2AI M10Mo4Cr4V3AI)等刀具材料,適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。

         

              采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金,可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下,切削速度可達200 m/min;若不用切削液,在同等磨損量時,允許的切削速度僅為100m/min
        .
        切削鈦合金時怎樣選擇刀具幾何參數?

        (1)前角y0:鈦合金切屑與前刀面的接觸長度短,前角較小時既可增加刀屑的接觸面積,使切削熱和切削力

         

              不至于過分集中在切削刃附近,改善散熱條件,又能加強切削刃,減小崩損的可能性。-般取γ0=5°~15°

         

              (2)后角a0:鈦合金已加工表面彈性恢復大、冷硬現象嚴重,采用大后角可減小對后刀面造成的摩擦、粘附、粘結、撕裂等現象,以減小后刀面的磨損。各種切削鈦合金刀具的后角基本上都大于等于15

         

              (3)主偏角Kr和副偏角K'r:切削鈦合金時切削溫度高、彈性變形傾向大,在工藝系統剛性允許的條件下,應盡量減小主偏角,以增加切削部分的散熱面積和減小切削刃單位長度上的負荷,-般采用Kr=30°, 粗加工時取Kr=45°。減小副偏角可以加強刀尖,有利于散熱和降低加工表面粗糙度值,- 般取K' =10~15°

         

              (4)刃傾角ls:由于毛坯有硬皮和表層組織不均勻,粗車時切削刃容易崩損,為了增加切削刃的強度和鋒利程度,應加大切屑的滑動速度,一般取As =30~-5°, 精車時As =O

         

              (5)刀尖圓弧半徑rε:切削鈦合金時刀尖是最薄弱的部分,容易崩掉和磨損,需磨出刀尖圓弧,一般rε=0.5~1. 5mm

         

              車削時采用負倒棱(by=0.03~0.05 mm, y01=-10°~0°), 斷卷)屑槽的槽底圓弧半徑Rn=6~8 mm

         

              另外,刀具刃磨質量對提高其耐用度也十分重要。硬質合金刀具宜用金剛石砂輪刃磨,切削時刃口必須鋒利,前后刀面的表面粗糙度Ra值應小于0.4um,刃口部分不允許有微小的缺口。刀具刃磨后進行研磨,其耐用度可提高30%


        切削鈦合金時怎樣選擇切削用量?

         

              切削鈦合金時,切削溫度高、刀具耐用度低,切削用量中切削速度對切削溫度的影響最大,因此應力求使所選擇的切削速度下產生的切削溫度接近最佳范圍。高速鋼刀具切削鈦合金時的最佳切削溫度約為480C~540C,硬質合金刀具約為650C~750C。切削鈦合金一般采用較低的切削速度、較大的切削深度和進給量。

         

              (1)切削速度Vc:切削速度對刀具耐用度影響最大,最好能使刀具在相對磨損最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌號的鈦合金,由于強度差別較大,切削速度應適當調整。切削深度對切削速度也有一-定影響,應根據不同的切削深度來確定切削速度的大小,

         

              (2)進給量f:進給量對刀具的耐擁度影響較小,在保證加工表面粗糙度的條件下,可選較大的進給量,一般取f=0.1~0.3 mm/ro 進給量太小,使刀具在硬化層內切削,增加刀具磨損,同時極薄的切屑在高的切削溫度下容易自燃,因此不允許f<0.05 mm/ro

         

              (3)切削深度ap :切削深度對刀具耐用度的影響最小,一般選用較大的切削深度,這樣不僅可以避免刀尖在硬化層內切削,減小刀具磨損,還可增加刀刃工作長度,有利于散熱,一般取ap=1~5 mm

        .
        切削鈦合金時應注意哪些問題?

         

        在切削鈦合金的過程中,應注意的事項有:

         

        (1)由于鈦合金的彈性模量小,工件在加工中的夾緊變形和受力變形大,會降低工件的加工精度;工件安裝時夾緊力不宜過大,必要時可增加輔助支承。

         

        (2)如果使用含氯的切削液,切削過程中在高溫下將分解釋放出氫氣,被鈦吸收引起氫脆;也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。

         

        (3)切削液中的氯化物使用時還可能分解或揮發有毒氣體,使用時宜采取安全防護措施,否則不應使用;切削后應及時用不含氯的清洗劑徹底清洗零件,清除含氯殘留物。

         

        (4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸,銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。

         

        (5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈;經清洗過的鈦合金零件,要防止油脂或指印污染,否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應力腐蝕。

         

        (6)-般情況下切削加工鈦合金時,沒有發火危險,只有在微量切削時,切下的細小切屑才有發火燃燒現象。

        為了避免火災,除大量澆注切削液之外,還應防止切屑在機床上堆積,刀具用鈍后立即進行更換,或降低切削速度,加大進給量以加大切屑厚度。若一旦著火, 應采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進行撲滅,嚴禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器,也不能澆水,因為水能加速燃燒,甚至導致氫爆炸。

         

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        K鈦合金刀具相關資料

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