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“钛合金”凭什么加工这么难切?

2022-01-04 10:28:55

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优点,因此在航空、航天、发电设备、核能、船舶、化工、医疗器械等领域中得到了越来越广泛的应用。

钛合金的分类

室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:α钛合金(代表牌号TA3等)、 β钛合金(代表牌号TB6等)、(α + β)钛合金(代表牌号TC4等)。

α钛合金

①组织为单一的密排六方晶格的α相组织。

②α钛合金的特点是高温性能好(可在500℃高温下长期工作),抗氧化能力强,但不能热处理强化,常温强度低。

③α钛合金是钛合金中较容易加工的一类,典型牌号有罢础7、罢础8等。

β钛合金

①组织为单一的体心立方晶格的β组织。

②β钛合金的特点是冷变形塑性好,可通过热处理强化,常温强度高,但热稳定性较差,不宜在高温条件下工作。

③β钛合金的切削加工性较差,典型牌号有罢叠1、罢叠2等。

(α + β)钛合金

①具有α及β双相组织。

②其特点是具有较高的常温及高温强度,塑性及韧性良好,可进行热处理强化,因而用途较广。

③(a +β)钛合金的切削加工性介于前两类之间,典型牌号有TCI、TC4等。

钛合金加工难切削的原因

钛合金因其优良的特质被广泛用于各个领域,然而它的“切削难”与它优良的特性也是“形影不离”。


①钛屑易燃:在高温下(600颁),钛屑容易燃烧。

②导热性差:钛合金的导热系数小,仅为45钢的1/6-1/7.而且密度小,切削热量集中在切削刃 附近,刃区温度高,刀具磨损剧烈。

③化学亲合力大:与含罢颈的硬质合金粘结严重,而很多刀具的涂层都含罢颈。

④弹性模量。涸嘉45钢的弹性模量的1/2,故弹性恢复大.摩擦严重。同时,工件也容易发生装夹变形。

⑤冷硬现象严重:钛的化学活性大,在高的切削温度下,很易吸收空气中的氧和氮,形成硬而脆的 外皮,同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的 疲劳强度,而且能加剧刀具磨损。

⑥刀屑接触长度短:钛合金的切屑在空气中的氧和氮的作用下,会形成硬脆的化合物,使切屑成短碎片状,因而刀-屑接触长度很短,切削力和切削热集中在切削刃附近,刀具容易崩刃。

切削钛合金的具体措施

想要攻克钛合金,仅仅知道它难切削的原因远远不够,还得根据它的特性一条条对症下药。

刀具材料的选择:选用不含罢颈的驰骋类(滨厂翱的碍类)硬质合金,例如金刚石和立方氮化硼刀具。目前各家刀具供应商都有自己对应的钛合金切削刀具,读者可根据各家样册进行选择。切削之家小程序有1000多家刀具厂商的样本,有需要可到微信小程序搜索“切削之家”使用。

刀具几何参数的选择:刀具前角及主偏角应较小,并须磨出适当的刀尖圆弧,后角应较大。一般硬质合金车刀可取

γ。=5° ?8° α。=10°~15°,

λ。= -3°~ -5° kr=45° ~75°

re=0.5~1.0mm

另外,刀具的前、后面的粗糙度值应小,一般 Ra≤02μm。

切削用量的选择:选用较低的切削速度、较大的进给量和背吃刀量。用硬质合金刀具车削时, 背吃刀量应为1-3mm,粗车背吃刀量一定要大于氧化皮深度,进给量0.1 ~0.3mm/r。切削速度的选择则应根据所加工的钛合金的强度高低及背吃刀大小来决定,TC4钛合金的切削速度应为26~60m/min。

冷却润滑:一般应选用极压乳化液来冷却,流量应充足。但若对零件的疲劳强度要求较高时,则切削液中不应含有硫、氯,此时应选用普通乳化液。如使用含氯的切削液,切削过程中在高温下将会释放出氢气,被钛吸收,引起氢脆:也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

工件的装夹:夹紧力不宜过大,以免工件变形,必要时可增加辅助支承来提高装夹刚性。

其他:机床要有较好的刚性,各运动部件的间隙要仔细调整,这对粗加工特别重要,否则很容易打刀。


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