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      “鈦合金”憑什么加工這么難切?

      2022-01-04 10:28:55

      鈦合金具有密度小、強度高、耐腐蝕等優點,因此在航空、航天、發電設備、核能、船舶、化工、醫療器械等領域中得到了越來越廣泛的應用。

      鈦合金的分類

      室溫下,鈦合金有三種基體組織,鈦合金也就分為以下三類:α鈦合金(代表牌號TA3等)、 β鈦合金(代表牌號TB6等)、(α + β)鈦合金(代表牌號TC4等)。

      α鈦合金

      ①組織為單一的密排六方晶格的α相組織。

      ②α鈦合金的特點是高溫性能好(可在500℃高溫下長期工作),抗氧化能力強,但不能熱處理強化,常溫強度低。

      ③α鈦合金是鈦合金中較容易加工的一類,典型牌號有TA7、TA8等。

      β鈦合金

      ①組織為單一的體心立方晶格的β組織。

      ②β鈦合金的特點是冷變形塑性好,可通過熱處理強化,常溫強度高,但熱穩定性較差,不宜在高溫條件下工作。

      ③β鈦合金的切削加工性較差,典型牌號有TB1、TB2等。

      (α + β)鈦合金

      ①具有α及β雙相組織。

      ②其特點是具有較高的常溫及高溫強度,塑性及韌性良好,可進行熱處理強化,因而用途較廣。

      ③(a +β)鈦合金的切削加工性介于前兩類之間,典型牌號有TCI、TC4等。

      鈦合金加工難切削的原因

      鈦合金因其優良的特質被廣泛用于各個領域,然而它的“切削難”與它優良的特性也是“形影不離”。


      ①鈦屑易燃:在高溫下(600C),鈦屑容易燃燒。

      ②導熱性差:鈦合金的導熱系數小,僅為45鋼的1/6-1/7.而且密度小,切削熱量集中在切削刃 附近,刃區溫度高,刀具磨損劇烈。

      ③化學親合力大:與含Ti的硬質合金粘結嚴重,而很多刀具的涂層都含Ti。

      ④彈性模量?。杭s為45鋼的彈性模量的1/2,故彈性恢復大.摩擦嚴重。同時,工件也容易發生裝夾變形。

      ⑤冷硬現象嚴重:鈦的化學活性大,在高的切削溫度下,很易吸收空氣中的氧和氮,形成硬而脆的 外皮,同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現象不僅會降低零件的 疲勞強度,而且能加劇刀具磨損。

      ⑥刀屑接觸長度短:鈦合金的切屑在空氣中的氧和氮的作用下,會形成硬脆的化合物,使切屑成短碎片狀,因而刀-屑接觸長度很短,切削力和切削熱集中在切削刃附近,刀具容易崩刃。

      切削鈦合金的具體措施

      想要攻克鈦合金,僅僅知道它難切削的原因遠遠不夠,還得根據它的特性一條條對癥下藥。

      刀具材料的選擇:選用不含Ti的YG類(ISO的K類)硬質合金,例如金剛石和立方氮化硼刀具。目前各家刀具供應商都有自己對應的鈦合金切削刀具,讀者可根據各家樣冊進行選擇。切削之家小程序有1000多家刀具廠商的樣本,有需要可到微信小程序搜索“切削之家”使用。

      刀具幾何參數的選擇:刀具前角及主偏角應較小,并須磨出適當的刀尖圓弧,后角應較大。一般硬質合金車刀可取

      γ。=5° ?8° α。=10°~15°,

      λ。= -3°~ -5° kr=45° ~75°

      re=0.5~1.0mm

      另外,刀具的前、后面的粗糙度值應小,一般 Ra≤02μm。

      切削用量的選擇:選用較低的切削速度、較大的進給量和背吃刀量。用硬質合金刀具車削時, 背吃刀量應為1-3mm,粗車背吃刀量一定要大于氧化皮深度,進給量0.1 ~0.3mm/r。切削速度的選擇則應根據所加工的鈦合金的強度高低及背吃刀大小來決定,TC4鈦合金的切削速度應為26~60m/min。

      冷卻潤滑:一般應選用極壓乳化液來冷卻,流量應充足。但若對零件的疲勞強度要求較高時,則切削液中不應含有硫、氯,此時應選用普通乳化液。如使用含氯的切削液,切削過程中在高溫下將會釋放出氫氣,被鈦吸收,引起氫脆:也可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。

      工件的裝夾:夾緊力不宜過大,以免工件變形,必要時可增加輔助支承來提高裝夾剛性。

      其他:機床要有較好的剛性,各運動部件的間隙要仔細調整,這對粗加工特別重要,否則很容易打刀。


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