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钛合金特性及加工
日期:18-10-09 08:38
3549 钛合金以其比强度高、机械效能及抗蚀性优良而成为飞机及动员机志向的制造资料,但由于其切削加工性差,长年以来在很大程度上局限了它的使用。随着加工工艺技巧的进展,近年来,钛合金已普遍使用于飞机动员机的压气机段、动员机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等构造框架件的制造。我公司某新型航空动员机的钛合金零件约占零件总数的11%。本文是在该新机研制过程中聚积的对钛合金资料切削个性以及在不同加工办法下表现出的透彻个性的认识及所应采纳工艺窍门的经验综合。 1 钛合金的切削加工性及普遍准绳 钛合金按金属组织分为a相、b相、a+b相,离别以TA,TB,TC表示其牌号和类型。我公司某新型动员机所用资料为TA,TC两种。平凡铸、锻件采纳TA系列,棒料用TC系列。 个性及切削加工性  钛合金相对平凡合金钢占有以下长处:  比强变高:钛合金密度只有4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与平凡碳钢相近。 机械效能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,占有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下日常表露出较好的韧性。 抗蚀性好:在550℃以下钛合金外表易构成致密的氧化膜,故不简捷被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀实力。 另一方面,钛合金的切削加工性比拟差。主要原因为: 导热性差,致使切削温度很高,减低了刀具耐用度。600℃以上温度时,外表构成氧化硬层,对刀占有剧烈的消费作用。塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面往来长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易缔造破损。弹性模量低,弹性变形大,逼近后刀面处工件外表回弹量大,所以已加工外表与后刀面的往来面积大,消费繁重。钛合金切削过程中的这些个性使其加工变得极端困难,导致加工效率低,刀具消费大。 切削加工的普遍准绳 根据钛合金的性质和切削过程中的个性,加工时应斟酌以下几个方面: 尽或许应用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。低速下断续切削时可录用耐冲击的超细晶粒硬质合金,成形和纷繁刀具可用高温效能好的高速钢。 采纳较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的往来长度,减小工件与后刀面的摩擦,刀尖采纳圆弧过渡刃以提高超度,防止尖角烧损和崩刃。要保持刀刃锐利,以保证排屑畅通,防止粘屑崩刃。切削速度宜低,省得切削温度过高;进给量适中,过大易烧刀,过小则因刀刃在加工硬化层中工作而消费过快;切削深度可较大,使刀尖在硬化层以下工作,有利于提高刀具耐用度。 加工时须加冷却液充分冷却。 切削钛合金时吃刀抗力较大,故工艺体系需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形,所以切削夹紧力不能大,奇特是在某些精加工工序时,必要时可应用必须的培育支承。 以上是钛合金加工时需斟酌的普遍准绳,原形上,用不同的加工办法时及在不同的条件下存在着不同的冲突突出点和处理问题的侧重点。 2 钛合金切削加工的工艺窍门 车削 钛合金车削易获取较好的外表毛糙度,加工硬化不繁重,但切削温度高,刀具消费快。针对这些个性,主要在刀具、切削参数方面采纳以下窍门: 刀具资料:根据作坊现有条件录用YG6,YG8,YG10HT。 刀具几何参数:适合的刀具先后角、刀尖磨圆。 较低的切削速度。 适中的进给量。 较深的切削深度。 录用的透彻参数见表1。 表1 车削钛合金参数表 工序 车刀前角go ° 车刀后角ao ° 刀尖圆弧半径re mm 切削速度v m/min 切削深度ap mm 进给量f mm/r 粗车 5 6~10 1~2 40 3 0.2~0.3 精车 5 6~10 0.5 60 0.2~0.5 0.1 此外还须留神以下3点: 充分冷却。 车外圆时刀尖不能高于工件心脏,不然简捷扎刀。 精车及车削薄壁件时,刀具主偏角要大,平凡为75~90°。 铣削 钛合金铣削比车削困难,因为铣削是断续切削,并且切屑易与刀刃缔造粘结,当粘屑的刀齿再次切入工件时,粘屑被碰掉并带走一小块刀具资料,构成崩刃,极大地减低了刀具的耐用度。所以对钛合金铣削采纳了3点窍门: 铣削形式:平凡采纳顺铣。 刀具资料:高速钢M42。 从工件装夹及设施方面提高工艺体系刚性。 此处必要奇特指出的是:平凡合金钢的加工均不采纳顺铣,因机床丝杠、螺母间隙的波及,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,易使工件台缔造间隙性窜动,构成打刀。对顺铣而言,刀齿一初步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,在最初切时兴刀具易与工件缔造干摩擦,加剧刀具的粘屑和崩刃,就钛合金而言,后一冲突显得更为突出。 此外,为使钛合金顺当铣削,还应留神以下几点: 相对于通用准绳铣刀,前角应减小,后角应加大。 铣削速度宜低。 尽量采纳尖齿铣刀,防止应用铲齿铣刀。 刀尖应油滑转接。 大量应用切削液。 为提高出产效率,可稳妥填充铣削深度与宽度,铣削深度平凡粗加工为1.5~3.0mm,精加工为0.2~0.5mm。 磨削  磨削钛合金零件常见的问题是粘屑构成砂轮梗塞以及零件外表烧伤。其原因是钛合金的导热性差,使磨削区缔造高温,从而使钛合金与磨料缔造粘结、扩散以及剧烈的化学反响。粘屑和砂轮梗塞导致磨削比显著下跌,扩散和化学反响的后果,使工件被磨外表烧伤,导致零件疲惫强度减低,这在磨削钛合金铸件时更为显然。为处理这一问题,采纳的窍门是: 录用适合的砂轮资料:绿碳化硅TL。 稍低的砂轮硬度:ZR1。 较粗的砂轮粒度:60。 稍低的砂轮速度:10~20m/s。 稍小的进给量。 用乳化液充分冷却。 钻削  钛合金钻削比拟困难,常在加工过程中揭示烧刀和断钻现象。这主要是由于钻头刃磨不良、排屑不即时、冷却不佳以及工艺体系刚性差等几方面原因构成的。所以,在钛合金钻削加工中须留神以下几点: 刀具资料:高速钢M42,B201或硬质合金。 在理的钻头刃磨:加大顶角、紧缩外缘前角、增大外缘后角,倒锥加至准绳钻头的2~3倍。勤退刀并即时澄清切屑,留神切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑揭示羽状或颜色变换时,说明钻头已钝,应即时换刀刃磨。 加足切削液:平凡用豆油,必要时可加法国OLTIP钻孔攻丝专用油。 提高工艺体系刚性:钻模应稳定在工作台上,钻模引导宜逼近加工外表,尽量应用短钻头。 还有一个上算留神的问题是:当采纳手动进给时,钻头不得在孔中不进不退,不然钻刃摩擦加工外表,构成加工硬化,使钻头变钝。 铰削 钛合金铰削时刀具消费不繁重,应用硬质合金和高速钢铰刀均可。作坊常用的有W18Cr4V,M42,YW1,YG8,YG10HT等。应用硬质合金铰刀时,要采纳类似钻削的工艺体系刚度,禁止铰刀崩刃。钛合金铰孔时揭示的主要问题是铰孔不但,可采纳以下处理窍门:用油石修窄铰刀刃带宽度,省得刃带与孔壁粘结,但要保证足够的强度,平凡刃宽在0.1~0.15mm为好。 切削刃与校准部分转接处应为滑腻圆弧,消费后要即时修磨,并要求各齿圆弧大小一致。 必要时可加大校准部分倒锥。 两次铰削。粗铰余量0.1mm,精铰余量平凡小于0.05mm。 主轴转速60r/min。 铰完退刀时,手铰不能反转退出,机铰应不停车退出铰刀。 攻丝 钛合金攻丝,奇特是M6mm以下的小孔攻丝相当困难。主要因为切屑渺小,易与刀刃及工件粘结,构成加工外表毛糙度值大,扭矩大。攻丝时丝锥录用不当及把持不当极易构成加工硬化,加工效率极低并时有丝锥折断现象。其处理窍门如下: 优先录用一丝到位的跳牙丝锥,齿数应较准绳丝锥少,平凡为2~3齿。切削锥角宜大,锥度部分平凡为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。尽量录用短丝锥以填充丝锥刚性。丝锥的倒锥部分应较准绳的稳妥加大,以紧缩丝锥与工件的摩擦。 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标规定的准绳螺纹底孔的上差并允许再加大0.1mm。 假使不受螺孔位置及工件形状局限,尽量采纳机攻,防止手工攻丝进给不匀、中途停止而构成的加工硬化。 钛合金以其比强度高、机械效能及抗蚀性优良而成为飞机及动员机志向的制造资料,但由于其切削加工性差,长年以来在很大程度上局限了它的使用。随着加工工艺技巧的进展,近年来,钛合金已普遍使用于飞机动员机的压气机段、动员机罩、排气装置等零件的制造以及飞机的大梁隔框等构造框架件的制造。我公司某新型航空动员机的钛合金零件约占零件总数的11%。本文是在该新机研制过程中聚积的对钛合金资料切削个性以及在不同加工办法下表现出的透彻个性的认识及所应采纳工艺窍门的经验综合。 1 钛合金的切削加工性及普遍准绳 钛合金按金属组织分为a相、b相、a+b相,离别以TA,TB,TC表示其牌号和类型。我公司某新型动员机所用资料为TA,TC两种。平凡铸、锻件采纳TA系列,棒料用TC系列。 个性及切削加工性  钛合金相对平凡合金钢占有以下长处: 比强变高:钛合金密度只有4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与平凡碳钢相近。 机械效能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,占有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下日常表露出较好的韧性。 抗蚀性好:在550℃以下钛合金外表易构成致密的氧化膜,故不简捷被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀实力。 另一方面,钛合金的切削加工性比拟差。主要原因为: 导热性差,致使切削温度很高,减低了刀具耐用度。 600℃以上温度时,外表构成氧化硬层,对刀占有剧烈的消费作用。 塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面往来长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易缔造破损。 弹性模量低,弹性变形大,逼近后刀面处工件外表回弹量大,所以已加工外表与后刀面的往来面积大,消费繁重。 钛合金切削过程中的这些个性使其加工变得极端困难,导致加工效率低,刀具消费大。 切削加工的普遍准绳 根据钛合金的性质和切削过程中的个性,加工时应斟酌以下几个方面:  尽或许应用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。低速下断续切削时可录用耐冲击的超细晶粒硬质合金,成形和纷繁刀具可用高温效能好的高速钢。 采纳较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的往来长度,减t型钢小工件与后刀面的摩擦,刀尖采纳圆弧过渡刃以提高超度,防止尖角烧损和崩刃。 要保持刀刃锐利,以保证排屑畅通,防止粘屑崩刃。 切削速度宜低,省得切削温度过高;进给量适中,过大易烧刀,过小则因刀刃在加工硬化层中工作而消费过快;切削深度可较大,使刀尖在硬化层以下工作,有利于提高刀具耐用度。 加工时须加冷却液充分冷却。 切削钛合金时吃刀抗力较大,故工艺体系需保证有足够的刚度。由于钛合金易变形,所以切削夹紧力不能大,奇特是在某些精加工工序时,必要时可应用必须的培育支承。 以上是钛合金加工时需斟酌的普遍准绳,原形上,用不同的加工办法时及在不同的条件下存在着不同的冲突突出点和处理问题的侧重点。机攻,防止手工攻丝进给不匀、中途停止而构成的加工硬化。
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