鈦板、鈦環等鈦合金材料的特性及切削加工
發布時間：2022-05-18
鈦板、鈦環等鈦合金材料的特性及切削加工
一、鈦合金的材料特性
鈦合金產品的比強度在金屬結構材料中是很高的，它的強度與鋼材相當，但其重量僅為剛材的57% 。另外，鈦及其合金的耐熱性強，在500℃的大氣中仍能保持良好的強度和穩定性，短時間工作溫度甚至還可以高些。鈦合金具有比重小、熱強度高、熱穩定性和抗腐蝕性好等特性，但該材料切削加工困難、加工效率低。所以怎么樣攻克鈦合金加工難，效率低得困難一直是我們的難題。
二、鈦合金的切削加工
1、車削
鈦合金產品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°。
2、銑削
鈦合金產品銑削比車削困難，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。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。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，在最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。
3、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。
4、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。勤退刀并及時清除切屑，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。
5、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。金屬加工微信，內容不錯，值得關注。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。
6、攻絲
鈦合金產品攻絲，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。
來源：搜鈦網
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