鈦及鈦合金的切削加工

      鈦合金的切削加工性及普遍原則

      鈦合金按金屬組織分為a相、b相、a+b相，分別以TA，TB，TC表示其牌號和類(lèi)型。一般鑄、鍛件采用TA系列，棒料用TC系列。

      特點(diǎn)及切削加工性

      鈦合金相對一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)：

     比強變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3，比鐵小得多，而其強度與普通碳鋼相近。

     機械性能好：鈦合金熔點(diǎn)為1660℃，比鐵高，具有較高的熱強度，可在550℃以下工作，同時(shí)在低溫下通常顯示出較好的韌性。

     抗蝕性好：在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進(jìn)一步氧化，對大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力。

     另一方面，鈦合金的切削加工性比較差。主要原因為：

     導熱性差，致使切削溫度很高，降低了刀具耐用度。

     600℃以上溫度時(shí)，表面形成氧化硬層，對刀具有強烈的磨損作用。

     塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑與前刀面接觸長(cháng)度很小，前刀面上應力很大，刀刃易發(fā)生破損。

     彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面回彈量大，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴重。

     鈦合金切削過(guò)程中的這些特點(diǎn)使其加工變得十分困難，導致加工效率低，刀具消耗大。

     切削加工的普遍原則

     根據鈦合金的性質(zhì)和切削過(guò)程中的特點(diǎn)，加工時(shí)應考慮以下幾個(gè)方面：

     盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，如鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小、導熱性好、強度也較高。低速下斷續切削時(shí)可選用耐沖擊的超細晶粒硬質(zhì)合金，成形和復雜刀具可用高溫性能好的高速鋼。

     采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長(cháng)度，減小工件與后刀面的摩擦，刀尖采用圓弧過(guò)渡刃以提高強度，避免尖角燒損和崩刃。

     要保持刀刃鋒利，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃。

     切削速度宜低，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量適中，過(guò)大易燒刀，過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。

     加工時(shí)須加冷卻液充分冷卻。

切削鈦合金時(shí)吃刀抗力較大，故工藝系統需保證有足夠的剛度。由于鈦合金易變形，所以切削夾緊力不能大，特別是在某些精加工工序時(shí)，必要時(shí)可使用一定的輔助支承。

     以上是鈦合金加工時(shí)需考慮的普遍原則，事實(shí)上，用不同的加工方法時(shí)及在不同的條件下存在著(zhù)不同的矛盾突出點(diǎn)和解決問(wèn)題的側重點(diǎn)。

鈦合金切削加工的工藝措施

      車(chē)削

     鈦合金車(chē)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(diǎn)，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(chǎng)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(jìn)給量。

     較深的切削深度。

     選用的具體參數見(jiàn)表1。

表1;車(chē)削鈦合金參數表;工序;車(chē)刀前角;°;車(chē)刀后角;°刀尖圓弧半徑;切削速度v;m/min;切削深度進(jìn)給量fmm/r  粗車(chē);                  5;          6～10;         1～2;           40;                    3;    0.2～0.3;

;精車(chē);                               5;          6～10;          0.5;            60;        0.2～0.5;

0.1;

      此外還須注意以下3點(diǎn)：

      1、充分冷卻；2、車(chē)外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀。

     3、精車(chē)及車(chē)削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75～90°。

     銑削

     鈦合金銑削比車(chē)削困難，因為銑削是斷續切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結，當粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，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。因此對鈦合金銑削采取了3點(diǎn)措施：

     銑削方式：一般采用順銑。

     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(shí)，銑刀作用在工件上，在進(jìn)給方向上的分力與進(jìn)給方向相同，易使工件臺產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對順銑而言，刀齒一開(kāi)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(shí)刀具易與工件發(fā)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(diǎn)：

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(chǎn)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。

      磨削

       磨削鈦合金零件常見(jiàn)的問(wèn)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(chǎn)生高溫，從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結、擴散以及強烈的化學(xué)反應。粘屑和砂輪堵塞導致磨削比顯著(zhù)下降，擴散和化學(xué)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(shí)更為明顯。為解決這一問(wèn)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(jìn)給量。

      用乳化液充分冷卻。

      鉆削

      鈦合金鉆削比較困難，常在加工過(guò)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(shí)、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(diǎn)：

      刀具材料：高速鋼M42，B201或硬質(zhì)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(shí)清除切屑，注意切屑的形狀和顏色。如鉆削過(guò)程中切屑出現羽狀或顏色變化時(shí)，表明鉆頭已鈍，應及時(shí)換刀刃磨。

     加足切削液：一般用豆油，必要時(shí)可加法國OLTIP鉆孔攻絲專(zhuān)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(gè)值得注意的問(wèn)題是：當采取手動(dòng)進(jìn)給時(shí)，鉆頭不得在孔中不進(jìn)不退，否則鉆刃摩擦加工表面，造成加工硬化，使鉆頭變鈍。

     鉸削

     鈦合金鉸削時(shí)刀具磨損不嚴重，使用硬質(zhì)合金和高速鋼鉸刀均可。工廠(chǎng)常用的有W18Cr4V，M42，YW1，YG8，YG10HT等。使用硬質(zhì)合金鉸刀時(shí)，要采取類(lèi)似鉆削的工藝系統剛度，防止鉸刀崩刃。鈦合金鉸孔時(shí)出現的主要問(wèn)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(shí)修磨，并要求各齒圓弧大小一致。

     必要時(shí)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(shí)，手鉸不能反轉退出，機鉸應不停車(chē)退出鉸刀。

攻絲

     鈦合金攻絲，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(shí)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(shí)有絲錐折斷現象。其解決辦法如下：

      優(yōu)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(cháng)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(shí)，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(jìn)給不勻、中途停頓而造成的加工硬化。

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