銑削加工鈦合金的竅門

發(fā)布日期:2011-11-25    蘭生客服中心    瀏覽:2009

圓刀片銑刀適用于銑削鈦金屬,因?yàn)樗鼈兊闹髌强蛇m當(dāng)變化。只要為這些銑刀配備專用刀片并應(yīng)用正確的切削參數(shù),一般情況下就能提高穩(wěn)定性和總體性能。每齒進(jìn)給量應(yīng)設(shè)定最小值,這一點(diǎn)至關(guān)重要。
  鈦合金銑削需要合適條件
  與其他大多數(shù)金屬材料加工相比,鈦加工不僅要求更高,而且限制更多。
  這是因?yàn)殁伜辖鹚哂械囊苯鹛匦院筒牧蠈傩钥赡軙?huì)對(duì)切削作用和材料本身產(chǎn)生嚴(yán)重影響。但是,如果選擇適當(dāng)?shù)牡毒卟⒄_加以使用,并且按照鈦加工要求將機(jī)床和配置優(yōu)化到最佳狀態(tài),那么就完全可以滿足這些要求,并獲得令人滿意的高性能和完美結(jié)果。傳統(tǒng)鈦金屬加工過(guò)程中碰到的許多問(wèn)題并非不可避免,只要克服鈦屬性對(duì)加工過(guò)程的影響,就能取得成功。
  鈦的各種屬性使之成為具有強(qiáng)大吸引力的零件材料,但其中許多屬性同時(shí)也影響著它的可加工性。鈦具備優(yōu)良的強(qiáng)度-重量比,其密度通常僅為鋼的60%。鈦的彈性系數(shù)比鋼低,因此質(zhì)地更堅(jiān)硬,撓曲度更好。鈦的耐侵蝕性也優(yōu)于不銹鋼,而且導(dǎo)熱性低。這些屬性意味著鈦金屬在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較高和較集中的切削力。它容易產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致切削時(shí)出現(xiàn)震顫;并且,它在切削時(shí)還容易與切削刀具材料發(fā)生反應(yīng),從而加劇月牙洼磨損。此外,它的導(dǎo)熱性差,由于熱主要集中在切削區(qū),因此加工鈦金屬的刀具必須具備高熱硬度。
  穩(wěn)定性是成功的關(guān)鍵所在
  某些機(jī)加工車間發(fā)現(xiàn)鈦金屬難以有效加工,但這種觀點(diǎn)并不代表現(xiàn)代加工方法和刀具的發(fā)展趨勢(shì)。之所以困難,部分是因?yàn)殁伣饘偌庸な切屡d工藝,缺少可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。此外,困難通常與期望值及操作者的經(jīng)驗(yàn)相關(guān),特別是有些人已經(jīng)習(xí)慣了鑄鐵或低合金鋼等材料的加工方式,這些材料的加工要求一般很低。相比之下,加工鈦金屬似乎更困難些,因?yàn)榧庸r(shí)不能采用同樣的刀具和相同的速率,并且刀具的壽命也不同。即便與某些不銹鋼相比,鈦金屬加工的難度也仍然要高。我們固然可以說(shuō),加工鈦金屬必須采取不同的切削速度和進(jìn)給量以及一定的預(yù)防措施。其實(shí)與大多數(shù)材料相比,鈦金屬也是一種完全可直接加工的材料。只要鈦工件穩(wěn)定,裝夾牢固,機(jī)床的選擇正確,動(dòng)力合適,工況良好,并且配備具有較短刀具懸伸的ISO 50主軸,則所有問(wèn)題都會(huì)迎刃而解——只要切削刀具正確的話。
  但在實(shí)際銑削加工中,鈦金屬加工所需的條件不容易全部滿足,因?yàn)槔硐氲姆(wěn)定條件并不總是具備。此外,許多鈦零件的形狀復(fù)雜,可能包含許多細(xì)密或深長(zhǎng)的型腔、薄壁、斜面和薄托座。要想成功加工這樣的零件,就需要使用大懸伸、小直徑刀具,這都會(huì)影響刀具穩(wěn)定性。在加工鈦金屬時(shí),往往更容易出現(xiàn)潛在的穩(wěn)定性問(wèn)題。
  必須考慮振動(dòng)和熱
  非理想環(huán)境還包含其它因素,其中之一就是,大多數(shù)機(jī)床目前裝配的是IS0 40主軸。如果高強(qiáng)度地使用機(jī)床,就無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持新刀狀態(tài)。此外,如果零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的話,通常就不易有效夾緊。當(dāng)然挑戰(zhàn)還不止于此,切削工序有時(shí)必須用于全槽銑、側(cè)削或輪廓銑削,所有這些都有可能(但并非必定)產(chǎn)生振動(dòng)及形成較差的切削條件。重要的是,在設(shè)定機(jī)床時(shí),必須始終注意提高穩(wěn)定性以避免振動(dòng)趨勢(shì)。振動(dòng)會(huì)造成刀刃崩碎、刀片損壞并產(chǎn)生不可預(yù)見(jiàn)和不一致的結(jié)果。一種改進(jìn)措施便是采用多級(jí)夾緊,使零件更靠近主軸以有助于抵消振動(dòng)。
  由于鈦金屬在高溫下仍能保持其硬度和強(qiáng)度,因而切削刃會(huì)遭遇高作用力和應(yīng)力,再加上切削區(qū)中產(chǎn)生的高熱,就意味著很可能出現(xiàn)加工硬化,這會(huì)導(dǎo)致某些問(wèn)題產(chǎn)生,特別是不利于后續(xù)切削工序。因此,選擇最佳的可轉(zhuǎn)位刀片牌號(hào)和槽形是加工能否取得成功的關(guān)鍵。過(guò)去的歷史證明,細(xì)晶粒非涂層刀片牌號(hào)非常適用于鈦金屬加工;如今,具有PVD鈦涂層的刀片牌號(hào)更可大大改進(jìn)性能。
  精度、條件和正確的切削參數(shù)
  刀具軸向和徑向上的跳動(dòng)精度也很重要。例如,如果未將刀片正確地安裝到銑刀中,則銑刀周圍的切削刃會(huì)迅速損壞。在切削鈦金屬時(shí),其它一些因素,例如刀具制造公差不良、磨損和刀具受損、刀柄有缺陷或質(zhì)量差、機(jī)床主軸磨損等等,都會(huì)在很大程度上影響到刀具壽命。觀察結(jié)果表明,在所有加工表現(xiàn)不佳的案例中,80%都是由這些因素所造成。盡管大多數(shù)人喜歡選用正前角槽形刀具,但事實(shí)上稍帶負(fù)前角槽形的刀具能以更高的進(jìn)給去除材料,并且每齒進(jìn)給量可達(dá)0.5mm。但是這同時(shí)也意味著必須保持最佳穩(wěn)定狀態(tài),即機(jī)床應(yīng)非常堅(jiān)固,且裝夾應(yīng)極其穩(wěn)定。
  除進(jìn)行插銑(最好使用圓刀片)之外,應(yīng)盡量避免使用90主偏角,這樣做通常有助于提高穩(wěn)定性和獲得總體性能,當(dāng)在淺切深下使用時(shí)尤應(yīng)如此,在進(jìn)行深腔銑時(shí),一種值得推薦的做法是通過(guò)刀具接柄而使用長(zhǎng)度可變的刀具,而不是在整個(gè)工序中使用單一長(zhǎng)度的長(zhǎng)刀具。
  調(diào)整切削參數(shù)以克服因降低每齒進(jìn)給量而引起的振動(dòng)是傳統(tǒng)的解決方法,但這種方法并不恰當(dāng),因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)刀具壽命和切削性能產(chǎn)生災(zāi)難性影響?赊D(zhuǎn)位刀片需要一定量的切削刃倒圓,以增加切削刃強(qiáng)度和獲得更好的涂層粘附力。
  在銑削鈦金屬時(shí),要求刀具至少以最小的進(jìn)給量工作——通常為每齒0.1mm。如果扔有振動(dòng)趨勢(shì),則刀片損壞或刀具壽命縮短問(wèn)題將不可避免?赡艿慕鉀Q方法包括精確計(jì)算每齒進(jìn)給量,并確保它至少為0.1mm。
  另外也可降低主軸轉(zhuǎn)速,以達(dá)到最初的進(jìn)給率。如果使用最小的每齒進(jìn)給量,而主軸轉(zhuǎn)速卻不正確,則對(duì)刀具壽命的影響可高達(dá)95%。降低主軸轉(zhuǎn)速通?商岣叩毒邏勖。
  一旦確立了穩(wěn)定工況,就可相應(yīng)地提高主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量來(lái)獲得最佳性能。另一種做法是從銑刀中取出一些刀片或選擇含刀片較少的銑刀。

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