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钛合金的切削加工下是嘛

发布时间:2021-07-14 08:13:53 阅读: 来源:不锈钢罐厂家

钛合金的切削加工(下)

在钻头上做出四条导向刃带,加大钻头截面惯性矩,提高刚性,还自然地形成两条辅助冷却槽,耐用度比标准钻头提高3倍左右,切削温度约降低20%。同时由于导向稳定减小了孔扩张量,如Ф3 mm的四刃带钻头钻孔孔扩张量为0.03~0.04 mm,而标准钻头为0.05~0.06 mm。

(2)选择适宜的枪钻:在钻钛合金长径比大于5的深孔时,当孔径小于等于30 mm时,一般采用硬质合金枪钻,见图;当孔径大于30 mm时,采用硬质合金BTA钻头或喷吸钻等。用图所示枪钻钻削TC11的孔,孔深204 mm(长径比约为26),可保证表面粗糙台肩试样采取悬挂结构等)度Ra为1.6 m,生产率提高4倍,切屑呈 梅花 形或 C 形碎屑,排屑正常。

用硬质合金枪钻钻长径比大于30的深孔时,在轴向施加小于100Hz的振动进行振动钻孔,可使得工件表面粗糙度Ra为0.3 m,生产率提高5倍。具体参数为Vc=17 m/min,f=0.033 min/r,振幅为0.07 mm,频率35 Hz,工件圆度4 m,表面粗糙度Ra为0.33 m。

(3)选择合适的切削液:钻浅孔时可选用电解切削液,其成分为癸二酸7%~10%,三乙醇胺7%~10%,甘油7%~10%,硼酸7%~10%,亚硝酸钠3%~5%,其余为水。

钻深孔时不宜选用水基切削液,因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡,易产生积屑瘤,使钻孔不稳定。宜采用N32机油加煤油,其配比为3:1或3:2,也可采用硫化切削油。

11.怎样对钛合金进行铰孔?

用高速钢和YG类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔,YG类硬质合金铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种,直齿铰刀铰出的工件孔径最大,阶梯铰刀次之,带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用,也为第二锥留下了极为稳定的余量,实际上起到了粗铰和精铰的作用;带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下,提高铰孔过程的平稳性,并使切屑向下排出,不会摩擦、划伤孔壁,因而铰出的孔径精度比阶梯铰刀更高些。

钛合金铰刀的几何参数一般选用前角 0=0 ~5 ,硬质合金铰刀取小值;后角 0=10 ~15 ;切削锥角 r=15 ~30 。阶梯铰刀的第二锥角为15 ,刃倾角 s=-15 。为了加大钛合金铰刀的容屑空间,齿数应少于标准铰刀,齿槽角 =85 ~90 。各种钛合金铰刀参数见图、图和图。

钛合金铰刀的直径由铰出孔的扩张量大小来确定,一般高速钢铰刀扩张量取0.008mm,硬质合金铰刀扩张量取0.006mm。

对钛合金铰孔时,粗铰余量2 p=0.15~0.5 mm,精铰余量2 p =0.1~0.4 mm,直径小时取小值,反之取大值。硬质合金铰刀的切削用量Vc=15~50 m/min,f=0.1~0.5mm/r,铰孔直径大时取大值,反之取小值。高速钢铰刀的铰削用量见表。

铰削钛合金时,最好使用切削液,常用的是电解切削液或混合油(成分为蓖麻油60%和煤油40%)。

12.对钛合金拉削时应注意哪些问题?

首先,根据钛合金材料的特性和切削特点,在拉刀设计时应注意以下几个方面的问题:

(1)拉刀的前后角直接影响拉刀的切削效果。用高速钢制作的拉刀前角一般取 0=10 ~20 ,硬质合金拉刀 0=8 ~15 。用于外拉的拉刀切削齿后角 p =10 ~12 ,校准齿后角 k =8 ~10 ;用于内拉的切削齿后角 p =5 ~8 ,校准齿后角 k=2 ~3 ;高速钢和硬质合金拉刀的这两个后角相同。对于粗拉刀前后角用小值,精拉刀用大值。

(2)钛合金拉刀只要条件允许应尽可能做出刃倾角,一般取 s=5 ~10 。

(3)拉刀前后刀面的粗糙度Ra 0.32 m。

(4)校作为1种新型功能材料, PHA 可制成膜、瓶及注射模压件, 也能纺成纤维, 制成织物, 因此可广泛利用于地膜、矫形外科、个人卫生用品、药物控释、特殊包装等领域准齿上尽可能不留刃带,若需要时,其宽度应小于等于0.12 mm。

(5)由于钛合金的弹性模量小,加工后回弹大,开槽拉刀刀齿宽度至少应等于或稍大于槽宽的下限尺寸,以免拉出的槽窄达不到要求。

(6)拉刀卷屑台的形式与拉削高温合金的基本相同。

(7)钛合金拉刀的磨钝标准一般为:粗拉刀VB 0.3~0.4 mm,精拉刀VB 0.15~0.2 mm。

再就是选用合理的拉削用量,在保证刀具耐用度的前提下提高生产效率。高速钢拉刀的拉削速度Vc=4.5~6 m/min,粗拉刀的齿升量为0.06~0.10 mm,精拉刀为0.02~0.04 mm;硬质合金拉刀的拉削速度Vc=15~30 m/min,粗拉刀的齿升量为0.08~0.12 mm,精拉刀为0.03~0.04mm。

拉削钛合金工件时必须使用切削液,一般采用油基切削液,常用的是混合油(蓖麻油60%,煤油40%)。还可选用另一种切削油,其成分为:聚醚30%,酯类油30%,N7机械油30%,防锈添加剂和抗泡沫添加剂10%。

13.怎样对钛合金进行攻丝?

钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序,特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大,约为45号钢的2倍;丝锥刀齿过快地磨损、崩刃,甚至被 咬死 在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小,螺纹表面产生很大的回弹,使丝锥与工件接触的面积增大,造成很大的摩擦扭矩,磨损加剧;另外,切屑细小不易拳曲,有粘刀现象,造成排屑困难。因此,解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。

(1)普通丝锥:必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为:增大容屑空间,减少齿数;在校准齿上留出0.2~0.3 mm的刀带后,将后角加大到20 ~30 ,并沿丝锥全长磨去齿背中段;保留2~3扣校准齿后将后部的倒锥由0.05~0.2 mm/100 mm增大至0.16~0.32 mm/100 mm。当其他条件完全相同时,若将齿背宽度减小(磨去)1/2~2/3,攻丝扭矩下降1/4~1/3。

(2)修正齿丝锥:修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法,工作原理如图所示。由图可知,修正齿丝锥的齿形角 0小于螺纹齿形角 1,使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角 =( 1- 0)/2,并将丝锥螺纹做出较大的倒锥,使得摩擦扭矩大大减小,同时也利于切削液的冷却润滑。

图中各角度间的关系式为:

tan =tan r (tan( 1/2)˙cot( 0/2) -1)

设计攻制普通螺纹的修正齿丝锥时,为检验方便,一般取丝锥齿形角 0=55 ,切削锥角 可在2 30 ~7 30 之间选取。

标准丝锥的倒锥是从校准齿开始的,倒锥量为(0.05~0.2)mm/100 mm;修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始,并且倒锥数值远大于标准丝锥,如 r =7 30 的修正齿丝锥可达1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大,修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用,在切削锥前端时必须做出圆柱导向部,以避免丝锥刚攻入时产生歪斜,圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。

(3)跳牙丝锥:跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣,其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积,使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝,相邻螺扣侧刃之间有较宽绰的空间,改善了容屑和切削液进入切削区的条件,提高了丝锥的耐用度;同时在制造丝锥时,砂轮外缘顶部也不需过分尖锐,改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图。

在相同的切削条件下经试验比较,跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的30%~50%,修正齿丝锥的35%~60%,耐用度比修正齿丝锥高1~3倍,用跳牙丝锥对钛合金攻丝效果最好。

(4)螺纹底孔:对钛合金攻丝一般按牙高率(螺孔实际牙型高度与理论高度的比率)不超过70%为依据来选取底孔直径大小,即螺纹底孔直径d1=d.757 8p(d0为螺纹公称尺寸,p为螺矩)。小直径或粗牙螺纹牙高率可取大一些,被加工材料强度低或螺纹深度小于螺纹基本直径时,可适当增大牙高率,但过大会增大攻丝扭矩,甚至折断丝锥。为保证攻丝精度和表面质量,螺纹底孔应为铰后的孔。

钛合金的攻丝速度要根据材料的类型和硬度来确定。 钛合金的攻丝速度一般取Vc=7.5~12 m/min, + 钛合金取Vc=4.5~6 m/min, 钛合金取Vc=2~3.5 m/min;钛合金的硬度 HB350时选用较高的切削速度,反之选用较低的切削速度。

对钛合金攻丝时,一般用含Cl、P的极压切削液效果较好,但含Cl的极压切削液攻丝后必须清洗干净,防止零件晶间腐蚀;也可用蓖麻油60%、煤油40%的混合油作切削液。

14.磨削钛合金有哪些特点?

(1)磨削力大:磨削钛合金时,和一般磨削规律一样,径向力大于切向力。在相同条件下磨削TC9的径向分力几乎比45号钢大4倍,切向分力大80%左右。

(2)磨削温度高:钛合金磨削时滑擦过程所占比重大,产生强烈的摩擦,急剧的弹性、塑性变形和大量的热量,致使磨削区的温度很高。在相同条件下,磨削TC9的磨削温度为45号钢的1.5~2倍,最高时可达1000℃。

(3)砂轮磨损失效:磨削钛合金时,除粘结、扩散外,钛合金与磨粒之间起化学作用,从而加速了砂轮的磨损过程。观察磨削后的砂轮,钛呈云雾状分布,几乎看不到砂轮磨粒。

(4)表面质量不易保证:钛合金磨削时,工件表面容易产生有害的残余拉应力和表面污染层,表面粗糙度数值较大。磨后表面残余拉应力数值大小随磨削用量的加大而增大,磨削速度是残余应力的主要影响因素。

(5)生产率低:在保证所要求的零件加工精度的条件下,很难获得较高的生产率。磨削时砂轮容易变钝失效,磨削比很低,在相同条件下磨削Tc4的磨削比只有1.53,而45号钢为71.5,约为45号钢的1/47。

15.磨削钛合金时怎样选择砂轮?

(1)磨料的选择:白刚玉WA砂轮一般只能在Vc 10 m/s的条件下磨削钛合金,因为Vc加大会使磨削温度升高,钛合金表层会发生组织转变;而且在高温下很容易吸收空气中的氧形成氧化钛,并与Al2O3生成固溶体,因而增大了钛与Al2O3的粘附结合力,加剧砂轮的粘结磨损。

绿碳化硅GC及铈碳化硅CC磨料与钛合金粘附较轻,尤以CC砂轮的磨削力小且磨削温度低。采用混合磨料(以GC及CC为主磨料,以铬刚玉PA、单晶刚玉SA、锆刚玉ZA或微晶刚玉MA为副磨料)磨削效果能得到很大提高,磨削温度降低到600℃以下,磨削比可达12。

采用人造金刚石JR和立方氮化硼CBN超硬磨料磨削钛合金效果最好。CBN砂轮磨削钛合金的磨削比比采用混合磨料高50~60倍,且工件表层残余应力几乎都为压应力,陶瓷CBN砂轮磨削效果见表。

(2)粒度和硬度的选择:粒度和硬度都影响磨削比,粒度的影响大些。磨削钛合金时,常用粒度号为36号~80号的磨料、硬度为K~M的砂轮;较软的砂轮磨削力较小且磨削温度较低,但磨损较大。实践证明,既能减小磨削力又能适当提高磨削比,采用粒度为80号、硬度为J的砂轮为宜。

(3)结合剂的选择:磨削钛合金的砂轮一般选用陶瓷结合剂V,这种结合剂的砂轮磨削力比较大;对大而薄的砂轮选用橡胶结合剂R,可降低磨削温度和磨削力。

(4)组织的选择:采用中等偏疏松或疏松的砂轮组织5~8号为宜。成型磨削及精密磨削时,为保持砂轮型面及磨削表面粗糙度,可选用组织较为紧密的砂轮。

磨削钛合金时,不同磨削方式使用砂轮的具体选择见表。

16.磨削钛合金时怎样选择磨削用量?

由于钛合金的磨削温度高,再加上钛合金的化学活性大,工件表层组织很容易发生相变,而且容易产生有害的残余拉应力,会降低零件的疲劳强度,因此在选择钛合金的磨削用量时首先要考虑的是降低磨削温度。磨削速度对磨削温度的影响最大,即磨削钛合金时的速度不宜太高。具体的钛合金磨削用量见表。

17.磨削钛合金时怎样选择磨削液?

磨削钛合金时,要求磨削液具有冷却、润滑和冲洗作用,更重要的是应具有抑制钛与磨料的粘附作用和化学作用。目前用得较多的是水溶性磨削液,有亚硝酸钾溶液、亚硝酸钾和甲酸钠溶液、亚硝酸钠溶液、亚硝酸钠和甲酸钠溶液、亚硝酸胺溶液等。使用含极压添加剂S、Cl、P的极压油,效果较好,尤以氯(Cl)极压油效果最好,但磨后应清洗零件,以防降低零件的抗疲劳强度。

对于缓进给磨削推荐选用下述配方制备磨削液:亚硝酸钠1%,苯甲酸钠0.5%,甘油0.5%,三乙醇胺0.4%,水(其余)。使用立方氮化硼CBN砂轮磨削时不宜使用水溶性磨削液,因BN与水在800℃左右会起化学反应,造成砂轮过快磨损(BN+H2O H2BO3+NH3)。

使用磨削液时,应特别注意流量要足够大,每毫米砂轮宽度一般不低于0.5 L/min。砂轮线速度越高,流量应越大。水箱容量一般为流量的1.5~3倍,以保持磨削液处于较低的温度。另外,钛合金的磨削温度较高,钛屑容易引起自燃,在使用油剂磨削液时,应注意防止发生火灾。

18.钛合金有哪些其他的磨削方法?

磨削钛合金除了常用的普通磨削法外,还可采用缓进给磨削法和低应力磨削法。

(1)缓进给磨削法:钛合金的缓进给磨削的特点与高温合金类同,有关的详细情况参照高温合金的缓进给磨削部分。钛合金的缓进给磨削一般选用GC60G~JV的砂轮,磨削速度Vc=28~30 m/s,工件速度Vw=70 mm/min,磨削深度 p=1~2 mm。工件表面粗糙度值要求较小时,应采用较硬的砂轮;成形磨削时,可用金刚石滚轮或钢滚轮来修整砂轮。

(2)低应力磨削法:钛合金的低应力磨削是靠减小磨去单位体积金属消耗的能量,来降低磨后工件表层的残余拉应力,消除烧伤、变形和裂纹,很适合钛合金的磨削。低应力磨削应采取以下措施:使用较软的砂轮,经常保持砂轮和修整工具的锋利,减小径向进给量(或磨削深度),降低磨削速度,大量充分使用性能好的磨削液。但此法生产率低,只适用于承受很高应力的零件(如:高循环应力或在腐蚀条件下工作的零件),用这种磨削法可提高零件的疲劳强度。其磨削用量见表。

1、气力保护:可系统设定

为了达到低应力磨削效果,应严格控制粗、半精、精磨三个阶段的径向进给量(或磨削深度):

①粗磨阶段。由毛坯尺寸磨至比最终尺寸大0.25 mm,采用fr 0.05 mm/st。

②半精磨阶段。再磨至比最终尺寸大0.05 mm,采用fr=0.008~0.015 mm/单行程,半精磨前应修整砂轮。

③精磨阶段。磨至最终尺寸,采用fr=0.0025~0.005 mm/st,或根据需要用2~4个行程的无火花磨削至最终尺寸,精磨前应修整砂轮。

19.用金刚石刀具切削加工钛合金有哪些特点?

从加工钛合金的各种刀具材料切削实验的结果可以看出,金刚石刀具加工钛合金的效果最为显著。这是因为金刚石在钛中的溶解度比在铁中小得多,切削时金刚石刀具的扩散磨损很小,故用金刚石刀具切削钛合金有以下特点:

(1)有很高的耐用度:用硬质合金刀具和金刚石复合片刀具车削钛合金棒料,采用的车削用量为 Vc=56 m/min、 p=1 mm、f=0.05 mm/r,用硬质合金刀具车削时,刀具很快就磨损了,切下的切屑体积仅有0.07 cm3;而在相同的磨损条件下,金刚石车刀却能切下多得多的切屑,切屑体积高达132 cm3,是硬质合金刀具的1885倍。通过切削钛合金试验,在相同的条件下,刀具材料磨损量最大的是氧化铝基陶瓷,其次是硬质合金,磨损量最小的是金刚石。

(2)有很高的导热性:钛合金的导热系数为5.44~10.47W/(m.K),是45号钢的1/5~1/6,而金刚石的导热系数非常高,达146.5 W/(m.K),是45号钢的3倍、硬质合金的1.7~7倍,加上金刚石硬度高,切削刃可磨得非常锋利,切削时产生的切削热较少,刀具又能传出很大部分切削热。因此用金刚石刀具加工钛合金的切削温度低。

(3)允许较高的切削速度:用YG类硬质合金加工TC4钛合金时,切削速度一般采用Vc=20~50 m/min;而用金刚石刀具在没用切削液干切时采用Vc=100 m/min,湿切时可高达Vc=200 m/min,比硬质合金高出好几倍,且刀具几乎看不出有多少磨损。

(4)粘结和扩散磨损最小:用于切削钛合金的各种刀具材料中,金刚石与钛合金间产生粘结和扩散的可能性最小,即切削时刀具产生粘结磨损和扩散磨损最小。

实践证明,精切钛合金时以金刚石刀具最佳,粗加工时以YG类硬质合金湿切为好。金刚石刀具的几何参数是 0=-5 、 0=17 、 r=30 、 r=20 、 s=0 ,r=0.1 mm;切削用量是Vc=80~90 m/min, p =0.2~0.4 mm,f=0.05~0.07 mm/r。

20.切削加工钛合金的实例有哪些?

(1)将145 mm 65 mm的钛合金车成圆棒,在Vc=56m/min、 p =2 mm、f =0.1 mm/r的情况下,开始用YG8硬质合金刀具,只车下0.7 cm3体积的切屑。后改用金刚石复合刀片的车刀,切下切屑的体积达143 cm3,为硬质合金刀具的204倍,且后刀面磨损很小。又如,用天然金刚石刀具,在干式切削时,在Vc=100 m/min的条件下,切削30 min后,刀具几乎没磨损。在有切削液的条件下,切削速度可达200 m/min。

(2)铣削TB2钛合金,刀具材料为YS30硬质合金,在 Vc=100~150 m/min、 p =0.2~0.5 mm、 f =0.06~0.08mm/z的目前山东思达高科生产的卧式拉力测试机主要有:钢丝绳卧式拉伸实验机、LAW⑶00微机控制电液伺服卧式拉力实验机、50T/100T/200T电力金具卧式拉力实验机等条件下,切削十分轻快,刀具磨损很小。

(3)对TC4钛合金车外圆和内孔,采用YM052硬质合金为刀具材料,在 Vc=70~120 m/min、 p =1~2 mm、f=0.2 mm/r条件下,刀具磨损比较小,而且表面粗糙度Rn可达0.8 m。

(4)在TC4钛合金上加工M185 3的螺纹,螺纹为50mm长。采用YM051超细颗粒硬质合金车刀,刀具可车5~6件。

(5)用不同切削速度加工TC4钛合金时,切削条件为: 0=3 , 0=14 , r = r =45 ,r=1 mm,f=0.16 mm/r,tip=1 mm,切削速度分别为30 m/min、60~70 m/min和90~100m/min,结果是:低速时YS2有很高的耐磨性,在高速时,YD15的耐磨性高于YS2。

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