鈦合金特性及加工方法

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1、鈦合金特性及加工方法鈦合金以其強(qiáng)度高、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)理想的制造材料，但由于其切削加工性差，長(zhǎng)期以來(lái)在很大程度上制約了它的應(yīng)用。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)段、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造。我公司某新型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鈦合金零件約占零件總數(shù)的11％。本文是在該新機(jī)試制過(guò)程中積累的對(duì)鈦合金材料切削特性以及在不同加工方法下表現(xiàn)出的具體特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)及所應(yīng)采取工藝措施的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。1鈦合金的切削加工性及普遍原則鈦合金按金屬組織分為a相、b相、a+b相，分別以TA，TB，T

2、C表示其牌號(hào)和類型。我公司某新型發(fā)動(dòng)機(jī)所用材料為TA，TC兩種。一般鑄、鍛件采用TA系列，棒料用TC系列。特點(diǎn)及切削加工性鈦合金相對(duì)一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)：比強(qiáng)變高：鈦合金密度只有4.5g/cm3，比鐵小得多，而其強(qiáng)度與普通碳鋼相近。機(jī)械性能好：鈦合金熔點(diǎn)為1660℃，比鐵高，具有較高的熱強(qiáng)度，可在550℃以下工作，同時(shí)在低溫下通常顯示出較好的韌性?？刮g性好：在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進(jìn)一步氧化，對(duì)大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力。另一方面，鈦合金的切削加工性比較差。主要原因?yàn)椋簩?dǎo)熱性差，致使切削溫度很

3、高，降低了刀具耐用度。600℃以上溫度時(shí)，表面形成氧化硬層，對(duì)刀具有強(qiáng)烈的磨損作用。塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度很小，前刀面上應(yīng)力很大，刀刃易發(fā)生破損。彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面回彈量大，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴(yán)重。鈦合金切削過(guò)程中的這些特點(diǎn)使其加工變得十分困難，導(dǎo)致加工效率低，刀具消耗大。切削加工的普遍原則根據(jù)鈦合金的性質(zhì)和切削過(guò)程中的特點(diǎn)，加工時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，如鎢鈷類硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小、導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度也較高。低速下斷續(xù)切削時(shí)可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金

4、，成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼。采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度，減小工件與后刀面的摩擦，刀尖采用圓弧過(guò)渡刃以提高強(qiáng)度，避免尖角燒損和崩刃。要保持刀刃鋒利，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃。切削速度宜低，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量適中，過(guò)大易燒刀，過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。加工時(shí)須加冷卻液充分冷卻。切削鈦合金時(shí)吃刀抗力較大，故工藝系統(tǒng)需保證有足夠的剛度。由于鈦合金易變形，所以切削夾緊力不能大，特別是在某些精加工工序時(shí)，必要時(shí)可使用一定的輔助支承。以上是鈦

5、合金加工時(shí)需考慮的普遍原則，事實(shí)上，用不同的加工方法時(shí)及在不同的條件下存在著不同的矛盾突出點(diǎn)和解決問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)。2鈦合金切削加工的工藝措施車削鈦合金車削易獲得較好的表面粗糙度，加工硬化不嚴(yán)重，但切削溫度高，刀具磨損快。針對(duì)這些特點(diǎn)，主要在刀具、切削參數(shù)方面采取以下措施：刀具材料：根據(jù)工廠現(xiàn)有條件選用YG6，YG8，YG10HT。刀具幾何參數(shù)：合適的刀具前后角、刀尖磨圓。較低的切削速度。適中的進(jìn)給量。較深的切削深度。選用的具體參數(shù)見(jiàn)表1。表1車削鈦合金參數(shù)表工序車刀前角go°車刀后角ao°刀尖圓弧半徑remm切削速度vm/min切削深度apmm進(jìn)給量fmm

6、/r粗車56～101～24030.2～0.3精車56～100.5600.2～0.50.1此外還須注意以下3點(diǎn)：充分冷卻。車外圓時(shí)刀尖不能高于工件中心，否則容易扎刀。精車及車削薄壁件時(shí)，刀具主偏角要大，一般為75～90°。銑削鈦合金銑削比車削困難，因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，并且切屑易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，極大地降低了刀具的耐用度。因此對(duì)鈦合金銑削采取了3點(diǎn)措施：銑削方式：一般采用順銑。刀具材料：高速鋼M42。從工件裝夾及設(shè)備方面提高工藝系統(tǒng)剛性。這里需要特別指出的是：一般合金鋼的加工均不采用順銑，因

7、機(jī)床絲杠、螺母間隙的影響，順銑時(shí)，銑刀作用在工件上，在進(jìn)給方向上的分力與進(jìn)給方向相同，易使工件臺(tái)產(chǎn)生間隙性竄動(dòng)，造成打刀。對(duì)順銑而言，刀齒一開(kāi)始切入就碰到硬皮而導(dǎo)致刀具破損。但由于逆銑切屑是由薄到厚，在最初切入時(shí)刀具易與工件發(fā)生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃，就鈦合金而言，后一矛盾顯得更為突出。此外，為使鈦合金順利銑削，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：相對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。銑削速度宜低。盡量采用尖齒銑刀，避免使用鏟齒銑刀。刀尖應(yīng)圓滑轉(zhuǎn)接。大量使用切削液。為提高生產(chǎn)效率，可適當(dāng)增加銑削深度與寬度，銑削深度一般粗加工為1.5～3.0mm，精加工為0.2

8、～0.5mm。磨削磨削鈦合金零件常見(jiàn)的問(wèn)題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷。其