TC4鈦合金的銑削加工

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2018-12-06 00:00:00 | 瀏覽:0 ]
一、引言
　　Ti6Al4V（以下簡(jiǎn)稱(chēng)TC4）是目前用量最大的鈦合金材料，其因具有密度小、強度高、比強度大、綜合力學(xué)性能和工藝性能（熱變形性、焊接性、耐蝕性）良好等一系列優(yōu)點(diǎn)，而在航空航天、船舶、石化、醫藥衛生等領(lǐng)域得到廣泛和成功應用。
　　隨著(zhù)相關(guān)工業(yè)的飛速發(fā)展，TC4鈦合金的使用量與日俱增，其在機械加工行業(yè)的切削加工也日漸成熟。鈦合金銑削作為切削加工量中占比最大的加工方式，加之加工時(shí)易出現銑刀崩刃，耐用度底等問(wèn)題，使得TC4的銑削加工受到普遍關(guān)注。
　　二、TC4鈦合金的切削加工性
　　TC4鈦合金屬于（α+β）型鈦合金，是典型的難加工材料之一，其切削加工性?xún)H為45鋼的1/5～2/5，介于不銹鋼和高溫合金之間。主要是因為：
　?。ㄒ唬㏕C4的導熱率為鐵的1/4、鋁的1/16，比不銹鋼和高溫合金的導熱率還要低，使得加工過(guò)程中產(chǎn)生的大量切削熱大部分殘留在刀具內，造成切削溫度高，刀具迅速磨損。
　?。ǘ┡c45鋼相比，TC4的切削力是其2/3～3/4，但切屑與前刀面的接觸面積卻只有其1/2～2/3，所以切削刃承受的應力是鋼的1.3～1.5倍，刀尖或切削刃更容易磨損或損傷。
　?。ㄈ┫嗤瑮l件下，TC4材料與刀具材料的摩擦系數大于碳鋼，切屑沿前刀面流出的摩擦速度高，導致摩擦功大，摩擦界面溫度高，刀具易磨損。
　?。ㄋ模└邷貢r(shí)，鈦合金能與空氣中的氫、氧、氮起化學(xué)反應，形成硬化層，造成工件塑性降低，切屑與前刀面接觸面積減小，加速刀具磨損。
　?。ㄎ澹㏕C4的彈性模量約為鋼的1/2，小彈性模量和大屈強比使切削加工時(shí)工件已加工面產(chǎn)生較大回彈和變形，刀具后角磨損，與零件摩擦加劇。
　　三、TC4鈦合金的銑削加工
　?。ㄒ唬┿姷兜倪x擇
　　銑削TC4鈦合金用銑刀常選高性能高速鋼和硬質(zhì)合金兩種材質(zhì)。高速鋼銑刀可選鋁高速鋼W6Mo5Cr4V2Al和鈷高速鋼W2Mo9Cr4Co8兩種牌號。硬質(zhì)合金銑刀可選YG10H和YG8兩種牌號。鈷高速鋼因含鈷而切削性能更好，當切削用量大時(shí)考慮使用。YG10H是亞細顆粒合金，硬度及抗彎強度均優(yōu)于YG8，且耐磨性能、抗沖擊和抗振性能好，適宜銑削加工TC4材料。
　　銑削TC4用的銑刀，前角應比通用標準銑刀小、后角比它大，盡量采用鋒利的尖齒銑刀。同時(shí)，考慮過(guò)渡刃和刀尖圓弧對銑刀耐用度的影響、考慮銑刀直徑、銑削刃長(cháng)度對本身剛性的影響，盡量采用銑刀工作部分短、具有過(guò)渡刃的大直徑銑刀。
　?。ǘ┿娤饔昧?/div>
　　為提高生產(chǎn)效率，銑削TC4鈦合金時(shí)，也應盡量增大銑削深度、銑削寬度、銑刀齒數，適當降低銑削速度。立銑TC4時(shí)，可按下表（表1）選定銑削用量，再根據表面粗糙度要求、切深等條件加以修正，也可查資料按公式計算銑削速度。
　?。ㄈ┢渌?/div>
　　1.銑削方式
　　銑削TC4鈦合金時(shí)，銑刀因斷續切削、切屑與刀齒粘接而產(chǎn)生崩刃，刀具耐用度較低。銑削時(shí)選用順銑的方式，可以減輕切屑粘刀，避免加工硬化，改善銑刀磨損，同時(shí)降低銑削功率，方便切屑清理。
　　銑刀直徑D
　　/mm 銑刀轉速n
　　/rpm 每齒進(jìn)給量af /mm
　　3
　　6
　　10
　　12
　　20
　　25
　　50 611～1222
　　306～611
　　203～407
　　153～306
　　102～203
　　76～153
　　38～76 0.005～0.013
　　0.005～0.03
　　0.013～0.05
　　0.013～0.08
　　0.03～0.10
　　0.05～0.15
　　0.08以上
　　表1 TC4鈦合金立銑時(shí)常用速度和進(jìn)給量
　　2.切削液的使用
　　銑削TC4鈦合金時(shí)，可通過(guò)使用切削液提高銑刀耐用度，尤其是使用高速鋼刀具時(shí)。用硬質(zhì)合金銑刀銑削時(shí)，也可不用切削液，進(jìn)行干切削。
　　3.鍛造氧化層的銑削
　　TC4鈦合金鍛件的氧化層本身硬度大，且表面凹凸不平，銑削困難。氧化層雖可通過(guò)酸洗去掉，但會(huì )造成脆氫，需真空退火除氫，還是建議用切削的辦法去除。
　　銑削TC4氧化皮時(shí)，切削深度，切削深度應大于氧化層厚度，每齒進(jìn)給量af一般在0.1mm左右，銑削速度應降至無(wú)氧化層時(shí)的50%左右。也可參按下表（表2）推薦的切削用量選取。
　　4.銑刀損傷對策
　　銑刀的損傷是指嚴重磨損、崩刃、斷齒等。銑刀出現損傷時(shí)，可以通過(guò)改變銑刀幾何參數（前角、后角）、切削用量、刀具材料、刀尖圓弧、刀具齒數、銑削方式，及切削液等對策解決。
　　刀具材料 硬質(zhì)合金 高速鋼
　　銑削速度v
　　m/min 15～20 4～8
　　每齒進(jìn)給量af /mm 0.06～0.1 0.1～0.13
　　軸向切深ap
　　/mm 大于氧化層厚度
　　徑向切深ae
　　/mm ≤0.6D 大于氧化層厚度
　　表2 TC4鈦合金鍛造氧化層的銑削用量
　　四、結語(yǔ)
　　TC4鈦合金的不良切削加工性給其銑削加工帶來(lái)一系列刀具和精度問(wèn)題。但參照技術(shù)資料或根據經(jīng)驗積累，通過(guò)選擇合適的銑刀材質(zhì)和幾何參數，調整銑削用量和銑削方式，改善切削條件，并針對性分析和處理銑刀損傷，TC4鈦合金的銑削難題便可迎刃而解。
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