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當前位置：沈陽(yáng)機床集團股份有限責任公司新聞中心數控技術(shù) 鈦合金TC11精密切削加工工藝研究

鈦合金TC11精密切削加工工藝研究

日期：2015-03-30 09:22:14 作者：來(lái)源：瀏覽次數：0

鈦合金TC11精細切削加工技術(shù)研討

　　鈦合金具有密度小，強度高，比強度大于超高強度鋼;并且熱安穩性、抗腐蝕性好，高溫強度高;在300～500℃溫度下，其強度約比鋁合金高10倍等特色，現已廣泛應用于航天、航空及導彈發(fā)動(dòng)機商品上。特別是(α+β)鈦合金能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強化，熱處理后的強度比退火狀況進(jìn)步50%～100%。并且具有杰出低溫耐性以及杰出的抗海水腐蝕、抗熱鹽應力腐蝕才干，運用的愈加廣泛。

　　可是，因為鈦合金具有切削變形系數小(變形系數小于或挨近1)，切削加工進(jìn)程切屑在前刀面上滑動(dòng)沖突的路程增大，加快刀具摩損;同時(shí)切削溫度高，切削力大，易發(fā)生外表蛻變污染層，因為鈦的化學(xué)活性大，易與各種氣體雜質(zhì)發(fā)生激烈的化學(xué)反應，如O、N、H、C等侵入鈦合金的切削表層，致使表層的硬度及脆性上升。別的尚有TCi、TiN硬質(zhì)表層的構成;在高溫時(shí)構成表層安排α化層以及氫脆層等外表蛻變污染層。形成表層安排不均，發(fā)生部分應力會(huì )集，下降了零件的疲勞強度，切削進(jìn)程也嚴峻損害刀具，發(fā)生缺口、崩刃、脫落等表象;親和性大，切削時(shí)，鈦屑及被切表層易與刀具資料咬合，發(fā)生嚴峻的粘刀表象，導致劇烈的粘結磨損;并且鈦合金安排不行安穩等缺點(diǎn)，給切削加工特別是精細切削加工帶來(lái)許多艱難，所以又稱(chēng)之尷尬加工金屬。因此，對鈦合金精細切削加工的技術(shù)研討，是一個(gè)亟需處理的疑問(wèn)。

　　尾管殼體(如圖1所示)是筆者廠(chǎng)里某商品中一個(gè)關(guān)健功能零件,因為在作業(yè)狀況時(shí)有必要接受高溫高壓，其機械功能需求為抗拉強度Rm≥1030MPa，延伸率A≥9，為滿(mǎn)意其功能需求，商品規劃上選用鈦合金TC11制造，是一種典型的薄壁軸類(lèi)管狀零件。經(jīng)過(guò)對其精細切削加工技術(shù)的優(yōu)化規劃，完成了鈦合金TC11精細切削加工。

　　1 鈦合金TC11切削加工特色

　　TC11鈦合金是歸于(α+β)型Ti合金。其安排由密排六方構造α相和體心立方構造的β相構成，相對別的金屬，織構愈加顯著(zhù)，各向異性更強，這給鈦合金的出產(chǎn)和加工帶來(lái)較大的艱難。其切削加工進(jìn)程特色如下：

　　(1)切削力大、切削溫度高。因為鈦合金密度小，強度高，切削進(jìn)給切應力大,塑性變形功大,因此切削力大、切削溫度高。

　　(2)加工硬化嚴峻。鈦合金加工硬化的緣由除塑性變形外，還因鈦在高的切削溫度下吸入氧、氮，發(fā)生空隙固溶以及高硬度質(zhì)點(diǎn)對刀具的沖突效果激烈所致。

　　(3)簡(jiǎn)單粘刀。鈦合金在高溫下化學(xué)親和力強，加之大的切削力，更促進(jìn)了刀具的粘結磨損。

　　(4)刀具磨損較為劇烈。鴻溝磨損是切削鈦合金時(shí)刀具磨損的顯著(zhù)特色。

　　2 工件剖析

　　3 技術(shù)方案

　　3.1 技術(shù)道路

　　技術(shù)道路的擬定以“先粗后精，先內后外”，減小精加工時(shí)的變形，進(jìn)步加工精度為準則。在前期的試制進(jìn)程中，技術(shù)道路為：下料、車(chē)長(cháng)度、粗車(chē)外形、鉆孔、粗鏜孔、精車(chē)內形、精車(chē)外形。

　　因為鈦合金導熱性差，密度及比熱均小，切削溫度高;且與刀具化學(xué)親和力強，簡(jiǎn)單粘刀而使切削艱難。實(shí)驗證實(shí)，鈦合金的強度愈大，其切削加工性愈差。所以在加工進(jìn)程有必要選用與鈦合金化學(xué)親和性小、導熱性好、強度高的鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金。

　　粗車(chē)選用YG8、半精車(chē)選用YG6、精車(chē)選用YG3X。鉆孔選用硬質(zhì)合金麻花鉆(焊YG6硬質(zhì)合金)。

　　3.2 存在疑問(wèn)

　　(1)選用硬質(zhì)合金麻花鉆鉆孔時(shí)，切削溫度適當高，鉆頭磨損嚴峻，并且加工進(jìn)程熱應力添加，直接影響到后續精加工的精度。

　　(2)工件變形大，機加尺寸難以操控。

　　(3)同軸度超差狀況嚴峻，工件合格率低，均勻合格率只要50%。

　　(4)出產(chǎn)功率不高，刀具磨損較大，出產(chǎn)成本較大。

　　3.3 處理方案

　　3.3.1 從頭挑選合理的刀具

　　經(jīng)過(guò)對資料及加工進(jìn)程的研討，決議選用肯納HTS-C機夾式鉆頭(噴吸鉆)進(jìn)行鉆孔;該鉆頭能供給強有力的冷卻，并配備可轉位PVD涂層整體硬質(zhì)合金刀片和排屑槽及硬質(zhì)合金導向鉆。經(jīng)過(guò)實(shí)驗，該鉆頭選用專(zhuān)門(mén)加工難加工資料的KC720和KC7215刀片(表里側刀片)，對鈦合金進(jìn)行鉆削，出產(chǎn)功率進(jìn)步60%，并且鉆削后的工件不發(fā)熱、不變形，對后續加工沒(méi)有應力影響，對周?chē)h(huán)境不發(fā)生污染，如圖2。

　　3.3.2 變形緣由剖析及對策

　　機加進(jìn)程發(fā)生變形的首要緣由是因為鈦合金安排應力而形成。在前期的試制進(jìn)程中,雖然技術(shù)采取了先粗后精，先內后外的加工技術(shù),可是沒(méi)有充分考慮鈦合金安排不安穩的要素,形成了機加進(jìn)程工件變形,尺寸難以操控的表象。怎么減小鈦合金機加進(jìn)程的變形操控為最小,是一個(gè)難題。

　　經(jīng)過(guò)重復實(shí)驗,咱們在工件粗加工后添加一道時(shí)效退火工序。在不下降工件機械功能的前提下，經(jīng)過(guò)細化晶粒，然后到達細化安排，消除內應力，使其安排到達安穩狀況。

　　熱處理標準如下：時(shí)效溫度530℃，保溫時(shí)刻4～6h。確保Rm≥1030MPa，A≥9%。經(jīng)過(guò)多個(gè)批次的實(shí)驗，其抗拉強度Rm遍及高于1030MPa，延伸率A悉數大于9%。

　　3.3.3 同軸度超差緣由及對策

　　針對同軸度超差而形成的工件合格率不高的狀況，經(jīng)過(guò)對工件資料及加工技術(shù)進(jìn)一步剖析發(fā)現：工件為管狀薄壁件，歸于典型的易變形難加工金屬，只要進(jìn)步悉數技術(shù)體系剛度才干有效地處理其加工疑問(wèn)。

　　(1)在內孔加工時(shí)，采取了合理設置技術(shù)臺階法，以具有必定剛性的技術(shù)臺階作為工件的裝夾、定位基準，有效地處理了加工內孔變形疑問(wèn)，見(jiàn)圖3。

　　(2)在進(jìn)行外圓加工時(shí)，采取了填充防振物機械加工辦法，即在工件半精車(chē)外形工序時(shí)，夾持部位填充硬性墊塊，防止工件變形;在工件的內孔中填充軟性橡膠管或發(fā)泡資料，使其在加工進(jìn)程與其內壁貼合一體，然后到達添加工件剛性的效果，見(jiàn)圖4。

　　(3)為確保工件的同軸度需求，在最后一道精車(chē)外形工序時(shí)規劃了一套過(guò)定位夾具，用來(lái)進(jìn)步工件的剛性，見(jiàn)圖5。

然后形成工件的同軸度超差。所以在夾具的規劃上，為確保工件的剛性選用過(guò)定位裝置，既將工件的悉數內孔作為定位基準，雖然在理論上發(fā)生過(guò)定位表象，但在實(shí)踐運用上，則完全滿(mǎn)意了工件的需求。見(jiàn)圖6所示。

　　依據上述TC11鈦合金在切削進(jìn)程中表現出的特征以及該合金難以切削的機理，聯(lián)系出產(chǎn)實(shí)踐中難加工資料的加工辦法和經(jīng)歷，從頭擬定了切削加工技術(shù)道路如下：下料——平端面——鉆孔——粗車(chē)內、外圓——時(shí)效及機械功能查驗——車(chē)基準——半精車(chē)小頭內孔，半精車(chē)大頭內孔——精車(chē)內形——半精車(chē)外形——平總長(cháng)、精車(chē)小端——精車(chē)外形。

　　選用此技術(shù)辦法加工的鈦合金零件尾管殼體完全符合規劃需求，零件合格率達98%以上。有效地處理了鈦合金的精細切削加工變形疑問(wèn)。

　　4 結語(yǔ)

　　鈦合金的切削性很差，怎么改進(jìn)和進(jìn)步其切削性是個(gè)難題。這篇文章經(jīng)過(guò)對鈦合金零件尾管殼體的切削技術(shù)辦法剖析，完成了鈦合金零件的精細切削加工，有效處理了鈦合金TC11薄壁筒形零件車(chē)削變形、刀具磨損等加工難點(diǎn)。對于薄壁鈦合金零件的加工技術(shù)有了進(jìn)一步的知道和了解，為往后鈦合金零件的加工積累了必定的經(jīng)歷。

關(guān)鍵詞：精密合金工藝

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