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钛合金材料加工的诀窍

时间:2022-09-27 作者:北京瑞弛 点击:528次

  之前有一些客户向小编咨询关于钛合金的问题,认为钛合金加工起来特别麻烦,下面北京瑞弛技术部同事就和大家共享一下,为什么我们认为钛合金是一种难加工材料?因为对其加工机理和现象缺乏深刻的认识。

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  1.钛加工的物理现象

  钛合金加工时的切削力只是略高于同等硬度的钢,但是加工钛合金的物理现象比加工钢要复杂得多,从而使钛合金加工面对巨大的困难。

  大多数的钛合金的热导率很低,只有钢的1/7,铝的1/16。因而,在切削钛合金过程中发生的热量不会迅速传递给工件或被切屑带走,而集聚在切削区域,所产生的温度可高达1 000℃以上,使刀具的刃口迅速磨损、崩裂和生成积屑瘤,快速出现磨损的刀刃,又使切削区域产生更多的热量,进一步缩短刀具的寿命。

  切削过程中产生的高温同时破坏了钛合金零件的表面完整性,导致零件几何精度下降以及出现严重减少其疲劳强度的加工硬化现象。

  钛合金的弹性对零件性能来说可能是有益的,但是在切削进程中,工件的弹性变形是产生振动的重要原因。切削压力使“弹性”的工件脱离刀具和反弹,从而使刀具与工件之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会产生热,加重了钛合金导热性不良问题。

  加工薄壁或环形等易变形零件时,这个问题就愈加严重,将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精度不是一件容易的事。由于随着工件材料被刀具推开时,薄壁的局部变形已经超出弹性范围而发生塑性变形,切削点的材料强度和硬度明显增加。此时,依照原先确定的切削速度加工就变得过高,进一步导致刀具急剧磨损。

  “热”是钛合金难加工的“罪魁祸首”!

  2. 加工钛合金的工艺窍门

  在了解钛合金加工机理的基础上,加上以往的经验,加工钛合金的主要工艺诀窍如下:

  (1) 采用正角型几何形状的刀片,以减少切削力、切削热和工件的变形。

  (2) 保持稳定的进给以避免工件的硬化,在切削进程中刀具要始终处于进给状态,铣削时径向吃刀量a e应为半径的30%。

  (3) 采用高压大流量切削液,以保证加工过程的热稳定性,避免因温度过高导致工件外表变性和刀具损坏。

  (4) 保持刀片刃口锋利,钝的刀具是热集结和磨损的原因,简单导致刀具失效。

  (5) 尽可能在钛合金较软的状态加工,由于淬硬后材料变得更难加工,热处理提高了材料的强度并增加刀片的磨损。

  (6) 使用大的刀尖圆弧半径或倒角切入,尽可能把更多的刀刃进入切削。这能够减少每一点的切削力和热量,避免局部破损。在铣削钛合金时,各切削参数中切削速度对刀具寿数vc的影响很大,径向吃刀量(铣削深度)ae次之。

  3. 从刀片入手处理钛加工难题

  钛合金加工时出现的刀片沟槽磨损是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨损,它往往是由于前期加工留下的硬化层所造成的。刀具与工件材料在加工温度超过800℃的化学反应和扩散,也是形成沟槽磨损的原因之一。由于在加工过程中,工件的钛分子在刀片的前面积聚,在高压高温下“焊接”到刀刃上,构成积屑瘤。当积屑瘤从刀刃上剥离时,将刀片的硬质合金涂层带走,因而,钛合金加工需要特别的刀片材料和几何形状。