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钛合金高效钻削的实现途径分析与探索

发布于:2018-12-20 10:18 编辑:志峰钛业 浏览:

  摘 要:目前我国钛合金加工速度低,使用的切削液对环境污染破坏大,与当前高速\绿色环保的切削加工趋势相违背.宝鸡作为中国谷,钛产业的生产力在同行业举足轻重.寻求高效经济的加工方式与工艺改进,建立行业刀具修磨中心,依据刀具应用的复杂性,根据刀具失效形式及时修整修磨刀具,跟踪刀具使用效果,累积数据和经验,势必可以取得好的经济效益。

  关键词钛合金;钻削;效率

  1 引言

  由于钛合金具有比重小(密度是4.4kg/m3)、比强度与热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等优点,可以显著减轻产品重量,提高推重比、结构的抗热能力和可靠性,所以在航空、航天、石油、化工、军工等部门得到广泛应用。但是其性价比较差,特别是孔加工的效率很低,这在很大程度上制约着钛合金产品的加工质量和生产效率。

  2 钛合金简介

  钛合金是利用钛在不同温度下形成的两种不同组织结构,加入不同种类数量的元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到的。随着添加其他合金元素的种类,数量不同,相变、温度及相分含量也逐渐改变,从而得到不同的钛合金,室温下可分为α、(α+β)、β型三种基本组织。[1]

  2.1 影响钛合金切削加工性的因素

  钛合金属难加工材料。钛合金的切屑加工性比奥氏体不锈钢差,退火或固熔处理的钛合金切削加工性低于高温合金,而经过时效处理后的钛合金切削加工性和高温合金差不多。导致钛合金切削加工性较差的原因主要有以下几个[1]:

  (1)导热、导温系数小,切削温度高。钛合金的导热系数平均是工业纯钛的一半,导温系数分别为铁和铝的1/4和1/16。因此在相同的切削条件下,钛合金的切削温度比45钢高1倍以上。

  (2)切削变形系数小,单位面积上的切削力大。钛合金的切削变形系数小于1或接近1,钛合金切屑被主切削刃切离后,立即向上翻卷,使切屑与刀具前刀面接触减小,刀具单位面积上所承受的压力要比一般钢材大得多,导致切屑温度急剧上升。

  (3)化学活性大。钛合金在300℃以上非常容易与刀具材料“亲和”,易产生表面变质污染层,导致表层硬度和脆性上升,易使刀具产生缺口、崩刃、剥落等现象,这样就增加了磨刀次数,延长了停机时间和机床调整时间,降低了生产率。

  (4)粘刀现象严重。钛合金材料的粘刀现象严重,极容易产生积屑瘤,将引起工件尺寸变化,影响到产品装配质量,甚至会导致零件报废。

  2.2 刀具材料的选择

  切削加工钛合金的刀具材料,要求抗变强度高、硬度高、韧性好、热硬性好、耐磨性好,还要散热好,切削刀具要求刀面表面光洁,刃口锋利。对多刃刀具,应控制切削刃的跳动量.目前应用的有:高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金及PCD、CBN、金属陶瓷等超硬材料.

  2.3 刀具的修磨及修磨标准

  高速钢刀具由于韧性好,对碰撞不敏感,硬质合金硬而脆,对碰撞敏感,刃口易崩.在刃磨中,对硬质合金的操作和放置十分小心,防止刀具间的碰撞和刀具摔落.高速钢刀具精度相对较低,价格较低一般由工厂刀具车间进行修磨,硬质合金送专业修磨中心修磨,需要的修磨机床有磨槽机:磨钻头等刀具的槽或背.磨顶角机:磨钻头的锥形顶角(或称偏心后角).修横刃机:修正钻头的横刃.手动万能刀具磨床;磨外圆、槽、背、顶角、横刃、平面、前刀面等.CNC磨床:一般是五轴联动,功能由软件确定。一般维修数量大,精度高,但不复杂如钻头、铰刀等。这类磨床主要供应者来自德、美、澳、瑞士和日本。是否拥有一套成熟的修磨标准是衡量一个修磨中心是否专业的标准,在该标准里,规定了不同刀具在切削不同材料时其切削刃的技术参数,包括刃倾角、顶角、前角、后角、倒刃、倒棱等。在硬质合金钻头中,使刀刃钝化的工序叫“倒刃”,倒刃的宽度与被切削材料有关,一般在0.03-0.25mm之间。在棱边上(刀尖点)倒角的工序叫“倒棱”。HM钻头与HSS钻头的区别:前者顶角一般是118°,有时大于130°;刀刃锋利;对精度(刃高差、对称度、周向跳动)要求相对低。横刃有多种修法。后者顶角一般为140°,直槽钻为130°,三刃钻为150°。刀刃和刀尖(棱边上)不锋利,经常被钝化,或称倒刃或倒棱,对精度要求高,横刃经常修磨成S型利于断屑。

  2.4 刀具的检测