| 加入桌面 | 手机版 | 无图版

钛合金薄壁件的车削加工

放大字体  缩小字体 发布日期:2013-05-10  来源:网络  作者:lansheng  浏览次数:825
核心提示:  某航空发动机易损件,最小壁厚为2mm,总长400mm,是一个典型长薄壁件。技术要求较高:  1、孔径公差为0.046,  2、外圆公差为0.03,  3、表面粗糙度Ra为1.6。  为保证壁厚差,孔与外圆必须同轴,加工难度

  某航空发动机易损件,最小壁厚为2mm,总长400mm,是一个典型长薄壁件。技术要求较高:

  1、孔径公差为0.046,

  2、外圆公差为0.03,

  3、表面粗糙度Ra为1.6。

  为保证壁厚差,孔与外圆必须同轴,加工难度较大。材料为BT20,屈服强度和抗拉强度sb=90~110kg/mm2,比TC4难加工。磨削钛合金易阻塞砂轮,烧伤已加工表面,因此只能采用车削,以车代磨。

  一、切削钛合金选用的刀具材料牌号

  二、刀具材料及几何参数的选择

  钛合金导热性能很差,为45号钢的1/6~1/7。选择刀具材料时,要考虑刀具材料的导热性能,YG类优于YT类。切削钛合金产生单元切屑,变形系数近似为1,刀屑接触长度很短,切削力集中于刃口附近,单位切削力大,易崩刃。要求刀具材料韧性要好,sbb>150kg/mm2,钛合金化学性能活波,易与空气中的氧和氮产生硬脆化合物,加快刀具磨损;钛与刀具中的元素易亲合,加工钛合金使用的刀具材料要少钛或无钛元素。优选YG类硬质合金,不是用YT类硬质合金。切削钛合金使用的刀具材料件见表1。

  钛合金弹性模量小,为45钢的1/2,加工变形大。刀具后角要大些,取a0=15°~18°,减少加工表面与后刀面间的摩擦。前角也要选大些g0=10°,刀具锋利,减小加工变形,降低加工硬化,提高已加工表面质量。主偏角kr=90°降低径向力,防止振动。刀尖圆弧半径决定刀尖强度、散热及磨损,不易过大,re=1~2mm合适。切削钛合金,刀具必须锋利,钝刀不能进行切削。刀具钝圆半径必须小,也就是选用细晶粒材料,才能使钝圆半径降低。同时,使刀具材料硬度提高,而韧性不下降。提高刀具刃磨质量,用金刚石、立方氮化硼砂轮磨刀。前后刀面粗糙度Ra≤0.1µm,降低切屑与前刀面。工件与后刀面间的摩擦。刃口要平直,无锯齿,减轻崩刃磨损。

  三、切削用量

  粗车钛合金目的是去除大的余量,应保证较大的刀具耐用度。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,且加大流量溶液冷却。精车钛合金目的是保证尺寸精度和表面质量,一般ap≤1mm,磨钝标准VB=0.2mm,尽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。用机油冷却润滑,降低刀屑间的摩擦系数,提高已加工表面质量。车削用量如表所示。

  四、刀具磨损原因及刀具耐用度

  加工钛合金,刀具磨损发生在后刀面和刀尖处。钛合金弹性模量小,切削时回弹大,后刀面与加工表面接触面积大,加速了摩擦。显微镜下可看到犁沟。刀尖处散热条件差,温度较高,磨损严重。尤其是精车时,后刀面磨损量没有达到磨钝标准时,因刀尖磨损过快,使刀具丧失切削性能。前刀面看不到明显磨损痕迹,原因是刀屑接触长度短,磨损的主要形式是崩刃和微崩刃。显微镜下可看到锯齿形刀刃。加工钛合金粘刀现象十分严重。无论是高速切削还是低速切削都有粘刀问题。干切削更为明显。

  粘结磨损是加工钛合金的主要磨损原因。当切削速度较高时,切削温度达600℃以上时,扩散磨损占的比例较大。空气中的氧氮与钛合金反应生成硬脆化合物加剧了刀具的磨料磨损。因此加工钛合金刀具磨钝标准定得较低,刀具耐用度较低,而切削速度还是比较低的。

刀具耐用度与切削速度VB(mm)

  五、零件加工工艺及表面质量

  使用的车床功率要大,主轴回转精度要高,进给机构无爬行。刀杆刚度足够。零件装夹要牢固。例如:车Ø74外圆时,中部用中心架支撑,提高了装夹刚度,降低了长径比。加工顺序为:先加工Ø65里孔,后加工Ø74外圆及空刀处。里孔可用单刃镗刀切削,让刀量大。改用浮动镗刀效果较好,里孔达到尺寸精度后,用卡盘与顶尖装夹车外圆,孔中放置减震材料。刀具必须锋利。一旦振动,立即换刀车去振源。用塑料胀胎夹具加工外圆效果较好。镗孔速度不易过高,V=20m/min较好。控制回弹量。最小切削深度0.05mm。当ap太小时不能形成连续切屑,容易产生振动。夹持刚度较好时,车外圆ap=0.01可行成连续切屑。切削钛合金只要不振动,表面粗糙度Ra1.6µm是可以达到的。刀具锋利,表面质量也较好。

  使用锋利的硬质合金车刀切削钛合金,加大流量润滑液冷却润滑。切削速度V≥100m/min时,车外圆表面粗糙度可达Ra0.8µm,已加工表面硬化较轻,残余应力较小。比较高的尺寸轻度容易获得。ap=0.005mm时,可形成连续柔软的切屑,达到磨削的尺寸精度和粗糙度。镗孔有一定的难度,主要原因是:机床、夹具、工件和刀具组成的工艺系统刚度不足。一旦振动,孔壁质量立即下降。粗糙度Ra1.6µm还是容易达到的。

  钛合金薄壁件车削加工比铣削容易些。车削为连续切削,没有冲击。切屑为单元切屑,不存在断屑难的问题。钛合金弹性模量小,屈强比大;切削时弹让大,需变形能大。选择刀具材料硬度要高,韧性要好,sbb≥200kg/mm2,且不含TiC。刃口要锋利,后角要大,钝圆半径要小。避免使用钝刀切削。钛合金既硬又韧,导热又差;粗车时,保证必要的刀具耐用度,确定切削速度;精车时,为完成以车代磨,尽量采用高速切削;可降低表面粗糙度,减轻已加工表面加工硬化和残余应力。提高机床、夹具、工件和刀具组成的工艺系统刚度,可解决钛合金薄壁件车削加工变形问题。

 
 
[解决方案搜索] [] [告诉好友] [打印本文] [关闭窗口]
分享到:

免责声明:凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

0条 [查看全部]  相关评论

点击排行