钛合金车削加工技术

titaniumturningskill

摘要: 钛合金具备比重小的特性, 还具有热强度高的特点, 并且抗腐蚀性良好, 它被广泛应用于航空行业, 也应用于航天行业, 还应用于化工等行业, 不过钛合金零件的车削加工十分困难, 而且加工效率低。本文探讨了钛合金的车削加工措施, 这对于怎样加工这种用途广泛的难加工材料会有所帮助。

关键词：钛合金材料machiningTool materials刀具几何参数

中图分类号是TG5, 文献标识码为A, 文章编号是1672 – 3791, 在2013年第4期这一期中刊载, 其具体编号为0128 – 01。

钛合金有着比重小的特性, 有着热强度高的特性, 有着抗腐蚀性好的特性, 然而钛合金零件的车削加工是十分困难的, 其加工效率是低的, 那么如何攻克钛合金加工难的情况且解决效率低的问题呢。对此我们针对钛合金的性能在车削加工当中的影响展开了研究并做出分析, 最后得出了下面这些钛合金车削加工策略, 并且在实际加工时取得了良好的效果。

1钛合金材料的类型及性能

1.1钛合金的类型

钛合金是把钛用作基础, 再加入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, 称α钛, 在882℃以上具有体心立方的结构, 称呼为β钛, 借助钛这两种结构不一样的特点, 添加适宜的合金元素, 从而使其获得具备不同组织的钛合金, 按基本组织划分成以下三类, α合金钛, （α+β）钛合金以及β钛合金, 各自由TA、TC、TB来表示。

1.2钛合金的性能

1.2.1强度、热强度高

钛合金, 其密度呈现较大的状态, 强度表现为高的程度。所以, 钛合金的比强度, 也就是强度与密度的比值, 远远大于其他的金属结构材料。钛这种物质, 其熔点是166℃, 具备较高的热强度, 能够在550℃以下的温度环境中进行工作。

1.2.2抗腐蚀性好

在500℃以下的钛合金, 钛合金容易形成致密的氧化膜, 所以不容易被进一步氧化, 它对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强, 对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。

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, 只是工业纯钛导热系数的一半, 其弹性模量呢, 大约为钢弹性模量的二分之一, 并且弹性模量是比较小的。

1.2.4化学活性大

钛具有较大的化学活性, 这种活性致使它与大气里的 O 起强烈的化学反应, 同样, 它还与 N、氢、水蒸气以及氨气等产生强烈的化学反应。当这种物质含碳量大于 0.2%的时候, 就会于钛合金之中形成硬质 TiC。且在温度较高的情形下, 它与 N 作用也会形成 TiN 硬质表层。而一旦氢含量上升, 它也会形成脆化层。钛的化学亲和性也是很大的, 这容易使它与摩擦表面产生粘附现象。

2影响钛合金切削加工的因素

（1）热导系数微小, 散热状况欠佳, 致使切削温度攀升, 加快刀具损耗, 削减使用寿命。

（2）当温度攀升至600℃以上之时, 便会形成氧化层, 此氧化层对于刀具有着强烈的磨损作用。

（3）钛合金弹性模量不大, 加工期间, 于径向力作用之下, 容易出现弯曲变形, 进而引发振动, 致使刀具磨损加剧, 并且影响工件的精度。

（4）钛的化学活性是比较大的, 在处于高的切削温度这个状况下, 它容易与相接触的金属达成亲和关系, 进而导致粘结以及扩散等情况出现, 最终使得刀具磨损加剧。

3钛合金材料切削加工普遍原则

依循钛合金所具备的特性, 以及在切削加工期间所呈现的各类问题, 于进行加工之际, 是要顾及如下这些因素。

（1）切削的速度不适宜过高, 经由实验能够表明, 切削期间的速度越高, 那么切削时所产生的温度就会跟着增加, 而这会直接对刀具的磨损以及寿命造成影响, 所以, 需要去挑选恰当合适的切削速度。

（2）切削深度能够是比较大的, 而其对切削温度产生的影响是较为小的, 所以在对切削速度进行合理选择的前提状况之下, 尽可能地去增大切削深度, 能够让刀具的刀尖处于硬化层下面进行工作, 进而提高刀具的耐用度。

（3）工艺系统需具备充足的强度, 机床主轴需拥有较小的间隙, 跳动量微小, 刀具伸出不宜过长, 具备充足的强度, 夹具夹紧力要适度, 不小也不大, 防止出现变形。

（4）加入足量的冷却液, 因为钛合金于加工期间, 温度非常高, 化学活性颇大, 在微量切削之际, 容易出现燃烧状况, 故而一定要加入足量的切削液。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

由于钛合金具备导热系数小的特性, 其塑性又很低, 还容易出现加工硬化等状况, 所以在切削加工钛合金之时, 应当从降低切削温度以及减少粘结这两个方面着手考虑且出发, 要选用红硬性良好、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, 一般情况下会选用硬质合金刀具。常用的硬质合金刀具材料包含YG8、YG3、YG8W、YG10H、YG6A、YS2T、YGRM以及YD15等等。

（1）在粗加工这个阶段的时候, 应当去选择YG8, 还有YG8W, 以及YG10H, 另外还有YG6A等等这些。

（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。

进行粗加工之际, 前角选取范围是3°至7°, 后角取值为8°至15°, 刀尖圆弧半径处于0.5至1.0mm之间；切削速度为25至38m/min, 切削深度是3至5mm, 进给量为0.3至0.5mm/r。

处于精加工阶段时, 前角的取值范围是10°至15°, 后角的取值范围是8°到15°, 刀尖圆弧半径的取值范围是0.3毫米至0.5毫米；切削速度的具体范围是50微米至75微米每分钟, 切削深度的数值范围是0.2毫米至0.5毫米, 进给量的调整范围是0.1毫米至0.15毫米每转。

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）进行粗车操作的时候, 刃倾角λ处于负3°至负5°的范围, 而在精车作业之时, 刃倾角λ处于负3°至0°的区间。

5钛合金车削时的注意事项

（1）因为钛合金具备弹性模量较小的特性, 致使在加工期间工件出现的夹紧变形以及受力变形较大这样的情况, 从而降低工件的加工精度；基于此, 工件安装之时夹紧力不适合过大, 在必要的情形下能够增加辅助支承。

（2）车削外圆之际, 刀具的刀尖不能够高于工件的中心, 以此来防止出现扎刀这一现象。

（3）不准使用含有氢的切削液, 要是使用含有氢的切削液, 那就必须采取安全防护措施, 而且切削完之后应当立马用不含有氯的清洗剂将零件彻底清洗干净。

（4）在车削薄壁工件和精加工时，刀具的主偏角不易过小。

（5）经过清洗处理的钛合金零件, 需防止油脂或者指印出现污染情况, 以免因为这种污染而导致造成盐的应力腐蚀现象发生。

6结论

整体去考量钛合金性能给车削加工带来的影响, 要想成功达成钛合金的车削加工, 重点在于挑选合理的刀具材料, 还要选择合理的刀具几何参数, 尽可能去选用低的切削速度, 以及较大的切削深度, 还有进给量, 并且要加注充分的冷却液, 最终便会取得良好的加工效果。