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钛及钛合金的机械加工技术:五削一丝

发布时间 :2020-08-06 15:25:09 浏览次数 :

钛合金虽然具有很多优点,但其成形加工有许多难度,这是由其物理、化学、力学特性决定的。钛的熔点高,活性强,与杂质元素的亲和力大,增加了熔炼与铸造工艺的技术难度,钛的熔炼、铸造、焊接、锻造等热加工过程通常在保护介质或真空下进行;钛的强度高、导热性差、弹性模量小等物理特性也决定了钛合金的制造工艺不同于钢和其他金属材料。钛材相对于钢、铜和铝等工业材料而言是一种新型材料,其加工制造技术也相对较为复杂。随着工业的发展和材料科学的进步,目前国内外已形成一整套切实可行的钛及钛合金熔炼与加工技术,从而推动了钛合金材料的发展和应用。自20世纪60年代以来,我国在研究生产船舶及海洋工程专用钛合金系列的同时,也已逐渐掌握了钛合金材料先进的制备和加工技术,并推广应用到舰船及海洋工程的各个方面。

钛合金管

钛及钛合金的机械加工技术

总体来说,同钢及铝等材料相比,钛及钛合金的机械加工难度要大些,这与钛的物理、化学特性有关。例如钛合金的热导率小,因此在加工钛合金时切削温度高,加工时产生的热量很难通过工件释放。钛合金的比热容小,加工时局部温度上升快,因此,造成刀具温度很高,刃刀尖急剧磨损,使用寿命降低,钛合金弹性模量低,优已加工表面谷易产生回弹,特别是薄壁零件的加工回弹更为产重,易引起后刀面与已加工表面产生强烈摩擦,从而磨损刀具和加工回弹更为严重,易引起后刀面与已加工表面产生强烈摩擦,从而磨损刀具和崩刃。

1、车削

钛合金车削易获得较好的表面粗度,加工硬化不严重,但切削温度高,刀具磨损快。针对这些特点,主要在刀具,切削参数方面采取以下措施。

刀具材料:根据工厂现有条件选用YG6,YG8、YG10HT。

刀具几何参数:合适的刀具前后角,刀尖磨圆。

应采用较低的切削速度,适中的进给量,较大的切削深度,充分冷却,车外圆时刀尖不能高于工件中心,否则容易扎刀,精车及车削薄壁件时,刀具主偏角要大,一般为75°~90°。

钛标准件

2、 铣削

钛合金铣削比车削困难,因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃发生黏结,当黏屑的刀齿再次切入工件时,黏屑被碰掉并带走一小块刀具材料,形成崩刃,极大地降低了刀具的耐用度。因此,对钛合金铣削一般应采取以下3点措施:

铣削方式:一般采用顺铣。

刀具材料:高速钢M42。

装备选择:应采用刚性较强的设备与工装。

这里需要特别指出的是:一般合金钢的加工均不采用顺铣,因机床丝杠、螺母间隙的影响,顺铣时,铣刀作用在工件上,在进给方向上的分力与进给方向相同,易使工件台产生间隙性窜动,造成打刀。对顺铣而言,刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。但由于逆铣切屑是由薄到厚,在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦,加重刀具的黏屑和崩刃,就钛合金而言,后一矛盾显得更为突出。

此外,为使钛合金顺利铣削,还应注意以下几点:相对于通用标准铣刀,前角应减小,后角应加大,铣削速度宜低;尽量采用尖齿铣刀,避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液;为提高生产效率,可适当增加铣削深度与宽度,铣削深度一般加工为1.5~3.0mm,精加工为0.2~0.5mm。

3、磨削

磨削钛合金零件常见的问题是黏屑,它造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。难磨削的原因是钛合金的导热性差,使磨削区产生高温,从而使钛合金与磨料发生黏结,并发生强烈的化学反应,黏屑和梨和砂轮堵塞导致磨削比显著下降,扩散和化学反应的结果,使工件被磨表面烧伤,导致零件疲劳度降低,这在磨削钛合念铸件时更为明显。为解决这一问题,应采取的措施如下:

选用合适的砂轮材料:绿碳化硅TL。

稍低的砂轮硬度:ZR1。

较粗的砂轮粒度;60号。

稍低的砂轮速度:10~20m/s。

稍小的进给量,用乳化液充分冷却。

TC4钛合金棒

4、 钻削

钛合金钻削比较困难,常在加工过程中出现烧刀和断钴现象,这主要是由钻头刃磨不良、排眉不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面源因造成的,因此,在钛合金钻削加工中须注意以下几点:

选用合适的刀具材料:高速钢M42、B201成硬质合金。

采用合理的钻头刃磨:加大顶角,减小外缘前角,增大外缘后角,倒锥加至标准钻头的2~3倍。

勤退刀并及时清除切屑:应注意切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时,表明钻头已钝,应及时换刀刃磨。

选用合适的切削液:一般用豆油, 必要时可加汰国OLTIP钻孔攻丝专用油, 要加足切削液。

提高工艺系统刚性:钻模应固定在工作台上,钻模引导宜贴近加工表面,尽最使用短钻头。

还有一个值得注意的间题是:当采取干动进给时,钻头不得在孔中不进不退,否则钻刃摩擦加工表面,造成加工硬化,使钻头变钝。

钛板

5、铰削

钛合金饺削时刀具磨损不严重,使用秘质合金和高速钢铰刀均可。工厂常用的有W18Cr4V, M42、YW1、YG8、YGl0HT等, 使用硬质合金铰刀时, 要来取似钻削的工艺系统刚度,防止铰刀崩刃。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光,可采取以下解决措施:

用油石修窄铰刃带宽度,以免刃带与孔壁黏结,但要保证厅够的强度,一般刃宽在0.1-0.15mm为好。

切削刃与校准部分转接处应为光清圆弧,磨损后要及时修磨,并要求各齿圆弧大小一效:必要时可加大校准部分倒锥;两次铰削,粗铰余量0.1mm,精铰余量一般小于0.05mm;主轴转速60r/min;铰完返刀时,手铰不能反转退出, 机铰应不停车退出铰刀。

钛合金螺丝

6、攻丝

钛合金攻丝,特别是M6以下的小孔丝相当困难,其原因主要是切屑细小,易与刀刃及工件黏结,造成加工表面粗糙度大,扭矩大。攻丝时丝锥选用不当及操作不当极易造成加工硬化,加工效率极低并时有丝锥折断现象。其解决办法如下:

优先选用一丝到位的跳牙丝锥,齿数应较标准丝锥少,一般为2~3齿,切削锥角宜大,锥度部分一般3~4扣螺纹长度。为便于排屑,还可在切削锥部分磨出负倾角,尽量选用短丝锥以增加丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较标准的适当加大,以减少丝锥与工件的摩擦。

加工螺纹底孔时,先粗钻再用扩孔钻扩孔,以减小底孔的加工硬化。对于螺距为0.7~1.5mm的螺纹,底孔尺寸可加工到国家标准规定的标准螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm。

如果不受螺孔位置及工件形状限制,则尽量采用机攻,避免手工攻丝进给不匀、中途停顿而造成的加工硬化。

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