航空航天鈦合金材料的加工工藝
發布時間：2022-09-16
航空航天鈦合金材料的加工工藝
飛機近年來，對汽車和飛機零件高強度化和輕量化的要求越來越高。因此，這些零件所使用材料中的鈦、鎳合金等也在不斷增加。這種材料一般稱為切削加工性差的‘難切削材料’。加工此類材料的切削刀具也必須能夠適應難切削材料特有的加工條件和加工方法。飛機機身部件以及噴氣發動機的壓縮機零部件越來越多地采用了鈦合金。在波音公司最新型的B787-8噴氣客機中，每架飛機的鈦合金使用量已增加到10噸左右。目前，金屬鈦生產的工業方法是可勞爾法，產品為海綿鈦。制取鈦材傳統的工藝是將海綿鈦經熔鑄成錠，再加工而成鈦材。
鈦合金的優點：①重量輕；②比強度高；③耐金屬疲勞；④化學性能穩定。鈦合金的缺點：①切削加工性差；②溫度超過400℃則強度降低（因此用于發動機的低溫部分）。鈦和鈦合金塑性加工具有變形抗力大；常溫塑性差、屈服極限和強度極限比值高、回彈大、對缺口敏感、變形過程易與模具粘結、加熱時又易吸咐有害氣等特點，塑性加工較鋼、銅困難。故鈦和鈦合金的加工工藝必須考慮它們的這些特點。
鈦合金的加工方法
（1） 將刀尖溫升控制到最小程度
①切削速度不宜過高（40～60m/min）
切削速度過高會產生大量切削熱，導致刀具壽命降低，因此應避免采用過高的切削速度。
②縮短刀具與工件的接觸時間
刀具與工件接觸時間越長，產生的熱量就越多，會導致刀具壽命降低。而刀具直徑越大，接觸時間就越長，因此在允許的范圍內，應盡可能使用小直徑刀具。
③不宜加大切削寬度
切削寬度越大，接觸時間越長，會增加發熱量。因此，加工時不宜加大切削寬度，而通過增加切削長度來提高加工效率。使用長刃刀具等對于粗加工很有效。切削寬度小的臺肩銑削能減少切削熱，使提高切削速度成為可能。
④使用45°主偏角刀具
只要工件形狀允許，應盡可能使用45°主偏角的刀具，以減薄切屑，延長刀具壽命。
⑤充分使用切削液，提高冷卻效果
充分使用切削液，尤其是15MPa以上的超高壓切削液，以降低刀尖溫度、改善切屑處理效果、防止產生積屑瘤。從而能夠提高切削速度和生產率。
（2）提高刀具剛性
通過縮短刀具懸伸長度、增大刀具直徑，可提高刀具剛性、減小刀具撓曲度。在因工件形狀必須采用較大懸伸量的場合，應用插銑加工也很有效。
（3）鋸齒切削刃刀具的使用
由于鋸齒切削刃可減小接觸寬度，從而可減少熱量的產生。此外，切削液可從鋸齒之間到達被切削面，因此鋸齒切削刃刀具對鈦合金的加工十分有效。
鈦的各種屬性使之成為具有強大吸引力的零件材料，但其中許多屬性同時也影響著它的可加工性。鈦具備優良的強度-重量比，其密度通常僅為鋼的60%。鈦的彈性系數比鋼低，因此質地更堅硬，撓曲度更好。鈦的耐侵蝕性也優于不銹鋼，而且導熱性低。這些屬性意味著鈦金屬在加工過程中會產生較高和較集中的切削力。它容易產生振動而導致切削時出現震顫；并且，它在切削時還容易與切削刀具材料發生反應，從而加劇月牙洼磨損。此外，它的導熱性差，由于熱主要集中在切削區，因此加工鈦金屬的刀具必須具備高熱硬度。
某些機加工車間發現鈦金屬難以有效加工，但這種觀點并不代表現代加工方法和刀具的發展趨勢。之所以困難，部分是因為鈦金屬加工是新興工藝，缺少可借鑒的經驗。此外，困難通常與期望值及操作者的經驗相關，特別是有些人已經習慣了鑄鐵或低合金鋼等材料的加工方式，這些材料的加工要求一般很低。相比之下，加工鈦金屬似乎更困難些，因為加工時不能采用同樣的刀具和相同的速率，并且刀具的壽命也不同。即便與某些不銹鋼相比，鈦金屬加工的難度也仍然要高。我們固然可以說，加工鈦金屬必須采取不同的切削速度和進給量以及一定的預防措施。其實與大多數材料相比，鈦金屬也是一種完全可直接加工的材料。只要鈦工件穩定，裝夾牢固，機床的選擇正確，動力合適，工況良好，并且配備具有較短刀具懸伸的ISO50主軸，則所有問題都會迎刃而解——只要切削刀具正確的話。
來源：搜鈦網
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