為什么鈦合金是一種難加工材料？

2017-05-06 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

為什么我們認為鈦合金是一種難加工材料?因為對其加工機理和現(xiàn)象缺乏深刻的認識。

1.鈦加工的物理現(xiàn)象

鈦合金加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼,但是加工鈦合金的物理現(xiàn)象比加工鋼要復雜得多,從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。

為什么鈦合金是一種難加工材料？Advantedge仿真分析圖片1

大多數的鈦合金的熱導率很低,只有鋼的1/7,鋁的1/16。因此,在切削鈦合金過程中產生的熱量不會迅速傳遞給工件或被切屑帶走,而集聚在切削區(qū)域,所產生的溫度可高達1 000℃以上,使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤,快速出現(xiàn)磨損的刀刃,又使切削區(qū)域產生更多的熱量,進一步縮短刀具的壽命。

切削過程中產生的高溫同時破壞了鈦合金零件的表面完整性,導致零件幾何精度下降和出現(xiàn)嚴重減少其疲勞強度的加工硬化現(xiàn)象。

鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的,但是在切削過程中,工件的彈性變形是產生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈,從而使刀具與工件之間摩擦現(xiàn)象大于切削作用。摩擦過程也會產生熱,加重了鈦合金導熱性不良問題。

加工薄壁或環(huán)形等易變形零件時,這個問題就更加嚴重,將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度不是一件容易的事。因為隨著工件材料被刀具推開時,薄壁的局部變形已經超出彈性范圍而產生塑性變形,切削點的材料強度和硬度明顯增加。此時,按照原先確定的切削速度加工就變得過高,進一步導致刀具急劇磨損。

“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍首”!

2. 加工鈦合金的工藝訣竅

在理解鈦合金加工機理的基礎上,加上以往的經驗,加工鈦合金的主要工藝訣竅如下:

(1) 采用正角型幾何形狀的刀片,以減少切削力、切削熱和工件的變形。

(2) 保持恒定的進給以避免工件的硬化,在切削過程中刀具要始終處于進給狀態(tài),銑削時徑向吃刀量a e應為半徑的30%。

(3) 采用高壓大流量切削液,以保證加工過程的熱穩(wěn)定性,防止因溫度過高導致工件表面變性和刀具損壞。

(4) 保持刀片刃口鋒利,鈍的刀具是熱集結和磨損的原因,容易導致刀具失效。

(5) 盡可能在鈦合金最軟的狀態(tài)加工,因為淬硬后材料變得更難加工,熱處理提高了材料的強度并增加刀片的磨損。

(6) 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入,盡可能把更多的刀刃進入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量,防止局部破損。在銑削鈦合金時,各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大,徑向吃刀量(銑削深度)ae次之。

3. 從刀片入手解決鈦加工難題

鈦合金加工時出現(xiàn)的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損,它往往是由于前期加工留下的硬化層所造成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學反應和擴散,也是形成溝槽磨損的原因之一。因為在加工過程中,工件的鈦分子在刀片的前面積聚,在高壓高溫下“焊接”到刀刃上,形成積屑瘤。當積屑瘤從刀刃上剝離時,將刀片的硬質合金涂層帶走,因此,鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。

4. 適合鈦加工的刀具結構

鈦合金加工的焦點是熱,大量高壓切削液要及時準確地噴射到切削刃上,才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結構。

來源:數控編程教學

開放分享：優(yōu)質有限元技術文章,助你自學成才