钛合金材料的数控铣削加工技术研究

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钛合金材料 的数 控铣削加工技术研究
Ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｏｎ ｔ ｈｅ ｔ ｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ ｏｆ ｔ ｈｅ ｎｕ ｍ ｅｒ ｉ ｃａｌ ｃｏｎｔ ｒ ｏｌ ｐｒ ｏｃｅｓ ｓｉ ｎｇ ｏｆ ｔ ｈ ｅ
ｍ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ ｆ ｏｒ ｔ ｈｅ ｔ ｉ ｔ ａｎｉ ｕｍ ａｌ ｌ ｏｙ ｍ ａｔ ｅｒ ｉ ａｌ ｓ
差 ，钛合金 铣削加 工在我 国一直是个 难题 。本文根据作 者多年 的一线加 工经验 ，以光学镜筒
的 铣削加 工为例 ，通过对钛 合金加 工难点分 析 ，刀具 、冷却液 的选择 ，不 同加工策 略的 比较 等几方 面对钛合 金铣削加工进行阐述 ，为钛合金材料零件 的加 工提 供一种方 案。 关键词 ：钛合金 ；铣 削加 工 ；刀心轨迹偏移 ；钻削式去除材料法 中 图分类号 ：Ｔ Ｇ６ ５ ９ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） Ｉ １ （ 下） － ０ ０ ４ ９ －０ ４
分 析 ， 刀 具 、 冷 却 液 的 选 择 ，不 同加 工 策 略 的 比
较 等 几方 面对 钛合 金铣 削 加工 进行 阐述 。
收 稿日期：２ ０ １ ３ － ０ ７ － ２ ６
２ ）导 热 系数 低 ，切 削温 度高 。刀 具 与 切 削 的 接 触 长 度 短 ，使 切 削 热 积 于 切 削 刃 附近 的小 面 积 内而不 易散 发 。
大于１ ２ ９ ｍｍ的 立铣 刀 。根 据前 面 对 钛 合金 的切 削 加 工特性 的分 析 ，是 完全加 工不 出的 。
主 视 图
图 ２ 某 零 件 构 造 图
３ ）塑性 低 ，硬 度高 。使 剪切 角增 大 ，切 屑 与
前 刀面 接 触 长 度 很小 ，前 刀 面 单 位 面 积 上 的切 削
数控 铣削需加工 外形 的圆弧Ｒ ４ ２ ． ５ 、１ １ ９ 下端 面减
Ｆ ｅ 的１ ／ ５ ，ＡＩ 的１ ／ １ ４ ． 钛 合 金 的导 热 系数 更 低 ，一般
为钛 的５ ０ ％。
６ ） 弹 性模 量小 。钛 的弹 性模量 为 １ ０ ７ ８ ０ ０ ＭＰ ａ ，
约为钢 的１ ／ ２ 。
蚀 、应 力 腐 蚀 的抵 抗 力 很 强 。对 碱 、氯 化 物 、硝 酸 、硫 酸等 有着 优越 的抗 腐 蚀能 力 。
４ ）化 学 活 性 大 ， 能 与 大 气 中 的 ０、 Ｎ、 Ｈ、
■ ■
反 射 镜 精 镶 电机 定 子 壳
ＣＯ、 ＣＯ， 、 水 蒸 气 等 产 生 剧 烈 的 化 学 反 应 。在 ６ ０ ０ ｏ Ｃ以上 时 ，钛 吸 收 氧 ，形 成硬 度 很 高 的 硬 化
冯
国 ，郑 鑫
Ｆ ＥＮＧ ＧＵ Ｏ．ＺＨＥＮＧ Ｘｉ ｎ
（ 中科院光 电技术研究所 精制 中心 ，成都 ６ １ ０ ２ ０ ９ ） 摘 要 ：钛合金 以其质量轻、强度高 、力学性 能和抗腐蚀性 能良好，广 泛应用于 空间技术 、海 洋技 术领 域 。但是 由于钛合 金变形 系数小 、切削温度 高、加工 硬化严重 ，造成钛合 金材料切 削加工性
２ ． ２ 钛 合金 的切 削加 工难 点
１ ）弹性 模 量 低 弹 性 变 形 大 。接 近 后 刀 面 处
２ 应用举例
以 光 学 镜 筒 的机 械 加 工 为例 ，通 过 工 艺 难 点
工 件 表 面 回弹 量 大 ，所 以已 加 工 表 面 与 后 刀 面 的
接 触面 积大 ，刀具 磨损加 大 。
２ ）热稳 定 性好 ，高温 强 度高 。在 ３ ０ ０ ℃￣ ５ ０ ０ ￣ Ｃ
以下 ，它 的强 度约 比铝 合金 高十 倍 。
囝 圈
精 密 电 机 外 壳 光 学 镜 筒
３ ）抗 蚀性 好 。钛 合 金 在 潮 湿 大 气 和 海 水 介 质
中工 作 ，其 抗 蚀 性 能 远 优 于 不 锈 钢 ，对 点 蚀 、酸
作 者简介：冯国 （ １ ９ ８ ０一），男，四川人 ，大专 ，中级铣 工，主要 从事数控铣削加工 中心编程与操作工作 。
第３ ５ 卷
第１ １ 期
２ ０ １ ３ —１ １ （ 下） 【 ４ ９ 】
Ｉ
匐 化
底 部 直径 大 于 ２ ４ ｍｍ，顶 部直 径 小于 １ ０ ｍｍ，长 度
力 大 ，容 易造 成崩 刃 。
４ ）易 产 生 表 面 加 工 硬 化 。 由 于 钛 的 化 学 活
性 大 ，易 与 各 种 气体 杂质 产 生 强 烈 的化 学 反应 ， 导 致 表 层 的硬 度 及脆 性 上 升 。在 高 温 时形 成氧 化 硬 层 ，造 成 表 层组 织 不 均 ，产 生 局 部 应 力 集 中 ， 降 低 了零 件 的疲 劳 强 度 。切 削 过程 中严 重 损 伤 刀 具 ，产生 缺 口、崩 刃 、剥落 等现象 。 ５ ）黏 刀 现 象 严重 。切 削 时 ，切 屑 及 被切 表 面
层 。Ｈ含量 上升 ，也 会形 成 脆化 层 。 ５ ）导热 性 差 。钛 的导 热 系数 低 ，约Ｎｊ 的１ ／ ４ ，
图 １ 钛 合 金 零 件
２ ． １ 光 学镜 简零 件 介绍及 加 工 内容
该 零件材料采用Ｔ Ｃ ４ ，它是ａ － ｔ － １ ３ 钛合 金，为双相 合金 。零件是 受力件 ，内腔装光学透镜 ，所 以零件要 求有很高的精度，足够 的强度和一定的密封性 。
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ －０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ （ 下） ． １ ５
１ 钛合金零件 的性 能特点及其应用
１ ）密 度 小 ， 强 度 高 ， 它 的 强 度 大 于 高 强 度
钢。
重 腔、１ ４ ０ 右 端 面减重 腔及 密封 槽 、 外 形斜 筋及 减重
腔。 为 了使 加工基 准 与工艺基 准 、 设计 基准 统一 。 把 加工基 准设定在１ ４ ０ 右 端面与￣ ７ ７ 圆柱的中心点上 。
综 上所 述 ，由于钛 合 金具 有 比重 小 、强 度 高 、 无磁 性 、耐腐 蚀 和高 温 的特 点 ，广 泛用 于船 舶 、航 空航 天 、精 密仪器 仪表 等领域 的核心零 件 。