鈦合金薄壁件的車削加工

發布日期:2013-09-10    蘭生客服中心    瀏覽:5562

  某航空發動機易損件,最小壁厚為2mm,總長400mm,是一個典型長薄壁件。技術要求較高:

  1、孔徑公差為0.046,

  2、外圓公差為0.03,

  3、表面粗糙度Ra為1.6。

  為保證壁厚差,孔與外圓必須同軸,加工難度較大。材料為BT20,屈服強度和抗拉強度sb=90~110kg/mm2,比TC4難加工。磨削鈦合金易阻塞砂輪,燒傷已加工表面,因此只能采用車削,以車代磨。

  一、切削鈦合金選用的刀具材料牌號

  二、刀具材料及幾何參數的選擇

  鈦合金導熱性能很差,為45號鋼的1/6~1/7。選擇刀具材料時,要考慮刀具材料的導熱性能,YG類優于YT類。切削鈦合金產生單元切屑,變形系數近似為1,刀屑接觸長度很短,切削力集中于刃口附近,單位切削力大,易崩刃。要求刀具材料韌性要好,sbb>150kg/mm2,鈦合金化學性能活波,易與空氣中的氧和氮產生硬脆化合物,加快刀具磨損;鈦與刀具中的元素易親合,加工鈦合金使用的刀具材料要少鈦或無鈦元素。優選YG類硬質合金,不是用YT類硬質合金。切削鈦合金使用的刀具材料件見表1。

  鈦合金彈性模量小,為45鋼的1/2,加工變形大。刀具后角要大些,取a0=15°~18°,減少加工表面與后刀面間的摩擦。前角也要選大些g0=10°,刀具鋒利,減小加工變形,降低加工硬化,提高已加工表面質量。主偏角kr=90°降低徑向力,防止振動。刀尖圓弧半徑決定刀尖強度、散熱及磨損,不易過大,re=1~2mm合適。切削鈦合金,刀具必須鋒利,鈍刀不能進行切削。刀具鈍圓半徑必須小,也就是選用細晶粒材料,才能使鈍圓半徑降低。同時,使刀具材料硬度提高,而韌性不下降。提高刀具刃磨質量,用金剛石、立方氮化硼砂輪磨刀。前后刀面粗糙度Ra≤0.1µm,降低切屑與前刀面。工件與后刀面間的摩擦。刃口要平直,無鋸齒,減輕崩刃磨損。

  三、切削用量

  粗車鈦合金目的是去除大的余量,應保證較大的刀具耐用度。VB=0.4mm,切削速度不高,一般V≤35m/min,刀具耐用度T=60min,切削刃度ap≤4mm,走刀量f≤0.24mm/r,且加大流量溶液冷卻。精車鈦合金目的是保證尺寸精度和表面質量,一般ap≤1mm,磨鈍標準VB=0.2mm,盡量采用高的切削速度和必要的刀具耐用度,切削速度35m/min≤V≤140m/min,刀具耐用度T=30min。用機油冷卻潤滑,降低刀屑間的摩擦系數,提高已加工表面質量。車削用量如表所示。

  四、刀具磨損原因及刀具耐用度

  加工鈦合金,刀具磨損發生在后刀面和刀尖處。鈦合金彈性模量小,切削時回彈大,后刀面與加工表面接觸面積大,加速了摩擦。顯微鏡下可看到犁溝。刀尖處散熱條件差,溫度較高,磨損嚴重。尤其是精車時,后刀面磨損量沒有達到磨鈍標準時,因刀尖磨損過快,使刀具喪失切削性能。前刀面看不到明顯磨損痕跡,原因是刀屑接觸長度短,磨損的主要形式是崩刃和微崩刃。顯微鏡下可看到鋸齒形刀刃。加工鈦合金粘刀現象十分嚴重。無論是高速切削還是低速切削都有粘刀問題。干切削更為明顯。

  粘結磨損是加工鈦合金的主要磨損原因。當切削速度較高時,切削溫度達600℃以上時,擴散磨損占的比例較大?諝庵械难醯c鈦合金反應生成硬脆化合物加劇了刀具的磨料磨損。因此加工鈦合金刀具磨鈍標準定得較低,刀具耐用度較低,而切削速度還是比較低的。

刀具耐用度與切削速度VB(mm)

  五、零件加工工藝及表面質量

  使用的車床功率要大,主軸回轉精度要高,進給機構無爬行。刀桿剛度足夠。零件裝夾要牢固。例如:車Ø74外圓時,中部用中心架支撐,提高了裝夾剛度,降低了長徑比。加工順序為:先加工Ø65里孔,后加工Ø74外圓及空刀處。里孔可用單刃鏜刀切削,讓刀量大。改用浮動鏜刀效果較好,里孔達到尺寸精度后,用卡盤與頂尖裝夾車外圓,孔中放置減震材料。刀具必須鋒利。一旦振動,立即換刀車去振源。用塑料脹胎夾具加工外圓效果較好。鏜孔速度不易過高,V=20m/min較好?刂苹貜椓。最小切削深度0.05mm。當ap太小時不能形成連續切屑,容易產生振動。夾持剛度較好時,車外圓ap=0.01可行成連續切屑。切削鈦合金只要不振動,表面粗糙度Ra1.6µm是可以達到的。刀具鋒利,表面質量也較好。

  使用鋒利的硬質合金車刀切削鈦合金,加大流量潤滑液冷卻潤滑。切削速度V≥100m/min時,車外圓表面粗糙度可達Ra0.8µm,已加工表面硬化較輕,殘余應力較小。比較高的尺寸輕度容易獲得。ap=0.005mm時,可形成連續柔軟的切屑,達到磨削的尺寸精度和粗糙度。鏜孔有一定的難度,主要原因是:機床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統剛度不足。一旦振動,孔壁質量立即下降。粗糙度Ra1.6µm還是容易達到的。

  鈦合金薄壁件車削加工比銑削容易些。車削為連續切削,沒有沖擊。切屑為單元切屑,不存在斷屑難的問題。鈦合金彈性模量小,屈強比大;切削時彈讓大,需變形能大。選擇刀具材料硬度要高,韌性要好,sbb≥200kg/mm2,且不含TiC。刃口要鋒利,后角要大,鈍圓半徑要小。避免使用鈍刀切削。鈦合金既硬又韌,導熱又差;粗車時,保證必要的刀具耐用度,確定切削速度;精車時,為完成以車代磨,盡量采用高速切削;可降低表面粗糙度,減輕已加工表面加工硬化和殘余應力。提高機床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統剛度,可解決鈦合金薄壁件車削加工變形問題。

更多相關信息