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鈦合金加工很難?那是你沒弄懂它的原理~

2021-04-30

鈦合金,主要用于制作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。鈦合金的密度一般在4.51g/立方厘米左右,僅為鋼的60%,純鈦的密度才接近普通鋼的密度,一些高強度鈦合金超過了許多合金結構鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠大于其他金屬結構材料,可制出單位強度高、剛性好、質輕的零部件。飛機的發動機構件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。

要想加工好鈦合金,必須對其對其加工機理和現象理解透徹。很多加工方認為鈦合金是一種極難加工的材料,就是因為對其了解不夠。今天就當小編為大家來分析分析鈦合金的加工機理及現象。

首先要講的是鈦合金加工的物理現象。鈦合金雖然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象卻比加工鋼要復雜得多,這就使鈦合金加工的困難程度直線上升。

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,快速出現磨損的刀刃,又使切削區域產生更多的熱量,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嚴重減少其疲勞強度的加工硬化現象。

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。

在加工薄壁或環形等易變形零件時,這個問題就顯得更加嚴重了,要將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度,并不是一件容易的事。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??梢哉f,“熱”是導致鈦合金加工難度大的“病根”。

作為刀具行業的領頭羊,山特維克可樂滿精心整理出了一份加工鈦合金的工藝訣竅,與整個行業共勉。山特維克可樂滿表示,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,銑削時徑向吃刀量ae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。

鈦合金的硬度大于HB350時切削加工特別困難,小于HB300時則容易出現粘刀現象,也難于切削。因此可以從刀片入手解決鈦加工難題。鈦合金加工時出現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。

值得一提的是,由于鈦合金在加工會產生很高的熱量,因此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。如今市場上也有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結構,能夠更好地適用于鈦合金加工。

當下,各國都在開發低成本和高性能的新型鈦合金,努力使鈦合金進入具有巨大市場潛力的民用工業領域,我國也不遺余力在此領域奮勇前行。相信通過全體行業人士的共同努力,在未來鈦合金的加工將不再是難題,反而成為我國制造業發展的一把利刃,為整個行業的發展披荊斬棘。

以上就是小編要說的鈦合金加工,如果您還有其他機械加工,鈑金加工等加工需要,都可以聯系我們杭州東発機械設備有限公司?。?!

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