钛合金铣削用量选择
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TA15、TB6两种钛合金材料具有重量轻、强度高、耐热、耐腐蚀、疲劳性能好等一系
列优良的力学、物理性能,成为航空航天、核能、船舶等领域理想的结构材料之一。但由于该材料价格昂贵,难加工,尤其是铣削加工制造周期长、成本高,制约了它的应用。而新一代航空产品需要具备更优异的性能新材料、新结构、新工艺被广泛应用。同时,为了竞争的需要,研制周期短和制造成本低是取胜的关键,因此,开展对TA15、TB6两种钛合金材料切削加工的研究是必要的,特别是铣削高效加工的探索尤其显得紧迫和重要。
TA15、TB6钛合金材料主要特征
TA15α钛合金是α相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在930MPa以上,耐热性高于纯钛,组织稳定,抗氧化能力强,500~600 ℃下仍保持其强度,抗蠕变能力强,但不能进行热处理强化。
TB6β钛合金是β相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在1105MPa 以上,但热稳定性较差,不宜在高温下使用。
TA15、TB6钛合金的切削加工工艺特性
摩擦系数大,导热系数低,刀尖切削温度高。钛合金热导率仅为钢的1/4 、铝的1/14
、铜的1/25 , 因而散热慢,不利于热平衡。切削时产生的切削热都集中在刀尖上,使刀尖
温度很高,易使刀尖很快熔化或粘结磨损而变钝。
弹性模量小。钛合金的弹性模量只有30CrMnSi的56% ,这说明零件的刚性差,切削
时易产生弹性变形和振动,不仅影响零件的尺寸精度和表面质量,而且还影响刀具的使用寿命;同时造成已加工面的弹性恢复较大,刀具后面摩擦增加导致刀具过快磨损。
化学活性大。在300℃以上时有强烈的吸氢、氧、氮的特性,造成加工表面易产生脆硬的化合物,切屑形成短碎片状,使刀具极易磨损。
钛合金化学亲和力较强,极易与其他金属亲和结合。在加工中切屑与刀具的粘结现象严重,使刀具的粘结和扩散磨损加大。
TA15、TB6钛合金零件切削用量和刀具参数的选择
主要加工方法
钛合金零件的加工余量比较大,有的部位很薄(2~3mm) ,主要配合表面的尺寸精度、形位公差又较严,因此每项结构件都必须按粗加工→半精加工→精加工的顺序分阶段安排工序。主要表面分阶段反复加工,减少表面残余应力,防止变形,最后达到设计图的要求。其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。
铣削用量及刀具的选择
钛合金结构件中大量应用铣削加工,如零件内外型面。
刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性好的材料,主要为高速钢W6Mo5Cr4V2Al、W2Mo9Cr4VCo5(M42)和硬质合金
YG8、K3O、Y330。
刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则,细长比不能过大,并分粗、精加工两种,加工时最好采用顺铣。铣削刀具参数见表1,常规加工铣削用量见表2。
铣削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度,切削液流量应不小于
5L/min ,以延长刀具的使用寿命。
在上述常规加工的基础上,为进一步提高铣削加工效率,我们在强力铣加工中心机床上进行了高效铣削试验,获得了较理想的切削用量、刀具和切削液,铣削用量数据见表3。
通过高效铣削与常规对比可以看出,高效铣削加工比常规加工效率提高了2~4倍,零件表面质量也得到较大的提高,加工周期大大缩短,制造成本相应降低。
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