钛合金车削加工技术

钛合金车削加工技术

摘要: 钛合金具备比重小的特质, 还拥有热强度高的特性, 并且抗腐蚀性良好, 其在航空、航天、化工等诸多行业有着广泛应用, 然而钛合金零件的车削加工极具难度, 另外加工效率也很低。本文针对钛合金的车削加工措施展开了探讨, 这对于怎样加工这种用途广泛的难加工材料能够起到一定的帮助作用。

关键词：钛合金材料切削加工刀具材料刀具几何参数

中图分类号是TG5, 文献标识码为A啦, 文章编号是1672 – 3791，在2013年的第4期a版能找到, 其对应的是0128 – 01。

钛合金存在比重小的特性, 还有热强度高的特性以及抗腐蚀性好的特性, 然而, 车削加工钛合金零件是非常困难的, 其加工产生的效率低。那么, 究竟怎样去攻克钛合金加工存在的难以及效率低的状况呢? 我们针对钛合金的性能在车削加工里产生的所谓能影响进行了研究分析, 进而得出了以下的钛合金车削加工策略, 并且在实际加工期间取得了良好的效果。

1钛合金材料的类型及性能

1.1钛合金的类型

钛合金是把钛作为基础添加别的元素而构成的合金, 钛存在两种同质异晶体, 在882℃以下呈现密排六方结构的α钛, 882℃以上呈现体心立方的β钛, 借助钛的两种结构不一样的特点, 添加适宜的合金元素，从而得到具备不同组织的钛合金, 按基本组织区分为以下三类, α合金钛, （α+β）钛合金以及β钛合金, 分别用TA、TC、TB表示。

1.2钛合金的性能

1.2.1强度、热强度高

钛合金有着密度大的特性, 同时强度还高, 所以钛合金的比强度, 也就是强度与密度的比值, 远远大于其他金属结构材料, 钛的熔点是166℃, 具备较高的热强度, 能够在550℃以下进行工作。

1.2.2抗腐蚀性好

在500℃及其以下的温度状况下的钛合金物体里, 钛合金这种物质容易形成致密状态的氧化膜, 所以不容易被进一步地氧化现象所影响。对于点蚀、酸蚀以及应力腐蚀这些情况而言, 它的抵抗能力表现得特别强；针对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等各类物质而言, 则具备相当优良的抗腐蚀方面的能力。

1.2.3导热系数小、弹性模量小

钛合金的导热系数平均而言, 是工业纯钛的导热系数的二分之一, 其弹性模量大约为钢的弹性模量的二分之一, 并且具备弹性模量较小的特性。

1.2.4化学活性大

钛的化学活性颇为大, 会跟大气里的O、N、H、水蒸气、氨气等引发强烈的化学反应, 含碳量大于0.2%的时候, 会于钛合金之中形成硬质TiC, 温度较高之际, 与N作用同样会形成TiN硬质表层, 氢含量上升之时, 也会形成脆化层。钛的化学亲和性同样大, 容易跟摩擦表面产生粘附现象。

2影响钛合金切削加工的因素

（1）热导系数呈现出较小的状态, 散热的条件并非良好, 进而致使削切时的温度出现升高的情况, 使得刀具的磨损加快, 最终令其使用寿命降低。

（2）温度升至600℃以上之时, 氧化层得以形成, 此氧化层对于刀具具备强烈至极的磨损作用。

（3）钛合金, 其弹性模量小, 在接受加工状况下, 于径向力所施加的作用之下, 较易于产生弯曲变形, 进而引发振动现象, 致使刀具磨损程度加大, 还会对工件精度造成影响。

（4）钛具备较大的化学活性, 处于高的切削温度情形下, 容易和相接触的金属产生亲和, 致使粘结、扩散现象出现, 进而加剧刀具的磨损。

3钛合金材料切削加工普遍原则

基于钛合金所具备的特点, 以及在切削加工期间表现出来的问题, 于加工之时有几项因素是需要予以考量的:

（1）切削的速度不适合太高, 有实验表明, 切削的速度要是越高, 那么切削的温度就会跟着增加, 这会直接对刀具的磨损以及寿命产生影响, 所以, 要去挑选合适的切削速度。

（2）切削深度能够比较大, 切削深度对于切削温度所产生的影响相对较小, 所以在对切削速度进行合理选择的前提条件之下, 尽可能地增大切削深度, 能够让刀具的刀尖在硬化层的下方进行工作, 进而提高刀具的耐用度。

（3）工艺系统得具备充足的强度, 机床主轴需拥有较小的间隙, 跳动幅度也要微小, 刀具伸出不宜过长, 以维持充足强度, 夹具夹紧力要适度, 不能过大以防出现变形。

（4）因为钛合金于加工进程里, 温度颇高, 化学活性较强, 在进行微量切削之际, 容易出现燃烧情形, 所以要加注充足的冷却液 , 且必须加注充分的切削液 , 常用的切削液包含乳化液以及极压水溶性切削液。

4刀具材料、几何参数及切削用量的选择

4.1刀具材料的选择

因为钛合金具有导热系数小的特性, 其塑性也低, 还容易出现加工硬化等状况, 所以在切削加工钛合金之时, 应当从削减切削温度以及减少粘结这两个方面着手, 去选用红硬性良好, 抗弯强度较高, 导热性能优良, 与钛合金亲和性较差的刀具材料, 通常选用硬质合金刀具。常用的硬质合金刀具材料包含YG8、YG3、YG8W、YG10H、YG6A、YS2T、YGRM以及YD15等。

（1）加工处于粗加工阶段时, 应当去选择 YG8 , 还要选择 YG8W , 也需要选择 YG10H , 并且要选择 YG6A 等。

（2）精加工时，切削量较小，可以选用YG8W、YD15等。

4.2刀具几何参数及切削用量选择

以外圆车刀为例。

对于粗加工来讲, 前角的选取范围是3°至7° , 其后角应当是8°至15° , 刀尖地方的圆弧半径取值在0.5至1.0mm之间 ；切削的速度设定为25至38m/min , 切削的深度是3至5mm , 进给量为0.3至0.5mm/r。

在进行精加工这个操作的时候, 前角所选择的范围是10°至15°, 而后角化要求是8°至15°, 刀尖圆弧有着特定半径, 其范围是0.3至0.5mm；切削速度具体是50至75m/min, 切削深度规定在0.2至0.5mm, 进给量的数值为0.1至0.15mm/r。

4.3其它参数选择

（1）磨出0.05～0.1mm的负倒棱，增强切削刃强度。

（2）在进行粗车操作的时候, 刃倾角λ的取值范围是负3度至负5度, 而当进行精车操作之日, 刃倾角λ的取值范围则是处于负3度至0度之间。

5钛合金车削时的注意事项

（1）因为钛合金的弹性模量较小, 所以工件于加工时的夹紧变形以及受力变形较大, 这会致使工件的加工精度降低, 工件安装之际夹紧力不适合过大, 必要的时候能够增加辅助支承。

（2）进行车削外圆操作时, 刀具上的刀尖位置不可以比工件占据的中心位置更高, 以此来避免出现扎刀这种被称作的现象。

（3）不得运用含有氢的切削液, 要是使用含有氢的切削液, 那么必须采取安全防护措施。与此同时, 在切削之后应当及时借助不含氯的清洗剂对零件进行彻底清洗。

（4）在车削薄壁工件和精加工时，刀具的主偏角不易过小。

（5）清洗后的钛合金零件, 需防止油脂污染, 需防止指印污染, 以防造成盐的应力腐蚀。

6结论

综合考量钛合金性能给车削加工带来的影响, 要成功达成钛合金的车削加工, 关键在于挑选合理的刀具材料, 在于选择合理的刀具几何参数, 在于尽可能选用低的切削速度、较大的切削深度以及进给量, 并且加注充分的冷却液, 最终便会取得良好的加工效果。