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发表于 2008-5-30 21:15:02
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来自： 中国陕西西安
钛合金材料由于密度小、比强度高、耐高温、抗氧化性能好等特点，在航空航天等领域应用广泛。但钛合金的机械加工性能差，影响了该材料的广泛使用。
1 I7 ?7 L1 @1 v. X# F, J 钛合金是在工业纯钛中加入合金元素，以提高钛的强度。钛合金可分三种：a钛合金，b钛合金和a＋b钛合金。a+b钛合金是由a和b双相组成，这类合金组织稳定，高温变形性能、韧性、塑性较好，能进行淬火、时效处理，使合金强化。钛合金的性能特点主要表现在：
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（1）比强度高。钛合金密度小(4.4kg/dm3)、重量轻，但其比强度却大于超高强度钢。 2 ?0 ~; _1 x7 R% k; ]0 q
（2）热强性高。钛合金的热稳定性好，在300～500℃条件下，其强度约比铝合金高10倍。, m6 _- W1 _ \" ~) x
（3）化学活性大。钛可与空气中的氧、氮、一氧化碳、水蒸气等物质产生强烈的化学反应，在表面形成TiC及TiN硬化层。
1 G a |4 F8 C5 e6 { L3 L （4）导热性差。钛合金导热性差，钛合金TC4在200℃时的热导率l=16.8W/m·℃，导热系数是0.036卡/厘米·秒·℃。 ! _ a) r9 }3 p1 _- N8 [
钛合金切削加工特性分析 3 a( F0 q4 v; n
首先，钛合金导热系数低，仅是钢的1/4、铝的1/13、铜的1/25。因切削区散热慢，不利于热平衡，在切削加工过程中，散热和冷却效果很差，易于在切削区形成高温，加工后零件变形回弹大，造成切削刀具扭矩增大、刃口磨损快，耐用度降低。其次，钛合金的导热系数低，使切削热积于切削刀附近的小面积区域内不易散发，前刀面摩擦力加大，不易排屑，切削热不易散发，加速刀具磨损。最后，钛合金化学活性高，在高温下加工易与刀具材料起反应，形成溶敷、扩散，造成粘刀、烧刀、断刀等现象。
i9 E, Q. H$ n- {7 j0 _6 ^ 加工中心加工钛合金的特点
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（1）加工中心可以同时加工多个零件，提高生产效率。 6 g7 S+ T' l) O" ?: ^( }
（2）可提高零件加工精度，产品一致性好。加工中心具有刀具补偿功能，可以获得机床本身的加工精度。
3 I' u% g- N% l. k( H2 ]* }0 i9 E$ k （3）具有广泛的适应性和较大的加工灵活性。
: V! z; R. q# t* [, R- f9 D/ Y# U （4）可实现一机多能。加工中心可以进行铣削、钻孔、镗孔、攻丝等一系列加工。8 d- L; _0 q, Y2 \( Y1 f9 j
（5）可以进行精确的成本计算，控制生产进度。
# x" n6 L' R5 P( c# D( C0 I: t7 _ （6）不需要专用夹具，可节约成本经费，缩短生产周期。 . |. n; k& A7 w& l# X& [& h
（7）可大大减轻工人的劳动强度。
9 o' e& K# K9 U （8）可利用UG等CAD/CAM软件进行多轴加工。
- s) X9 a( m) `5 P& N! v 刀具材料的选择
5 y8 u* A% v% `$ U) b5 ^ 选用刀具材料应满足下列要求：
3 M' G- z! _( g) Y% X' Z8 X" g6 r （1）足够的硬度。刀具的硬度必须要远大于钛合金硬度。 ; S5 {% ~! G' E# ^& [/ R
（2）足够的强度和韧性。由于刀具切削钛合金时要承受很大的扭矩和切削力，因此必须有足够的强度和韧性。
$ |" f) r1 }8 e5 ]" V （3）足够的耐磨性。由于钛合金韧性好，加工时切削刃要锋利，因此刀具材料必须有足够的抗磨损能力，这样才能减少加工硬化。这是选择加工钛合金刀具最重要的参数。
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& V! I. c. _! {1 s R（4）刀具材料与钛合金亲合能力要差。由于钛合金化学活性高，因此要避免刀具材料和钛合金形成溶敷、扩散而成合金，造成粘刀、烧刀现象。 ) _$ c3 u0 W& R5 A6 K. E8 ^/ U* t
经过对国内常用刀具材料和国外刀具材料进行的切削试验表明，采用高钴刀具效果理想，钴的主要作用是加强二次硬化效果，提高红硬性和热处理后的硬度，同时具有较高的韧性、耐磨性、良好的散热性。
* ~ N- P7 X# y2 E' x 铣刀的几何参数7 i7 y. g* K i' ]& x: R7 x
钛合金的加工特性决定刀具的几何参数与普通刀具存在较大区别。
4 w4 f6 \6 m$ T- ~2 E4 H$ D9 k （1）螺旋角β：选择较小的螺旋升角，增大排屑槽，排屑容易，散热快，同时也减小切削加工过程中的切削抗力。 . ]) ]) m3 U# J( k0 z
（2）前角γ：切削时刃口锋利，切削轻快，避免钛合金产生过多切削热，从而避免产生二次硬化。
% U5 x0 S7 h, y7 K （3）后角α：减小刀刃的磨损速度，有利于散热，耐用度也得到很大程度的提高。 L' Y: k! ^2 f3 [! X8 t2 g! e
切削参数选择
$ M! u6 M! P" ~. }: c; U 钛合金机加工应选择较低的切削速度，适当的进给量，合理的切深和精加工量，冷却要充分。
`5 m6 x5 w; C8 h （1）切削速度Vc：Vc=30～50m/min。
7 L, Z. c* @! Z, `8 y （2）进给量f：粗加工时取较大进给量，精加工和半精加工取适中的进给量。
1 r9 b) z8 S6 s, o: l& T7 Q （3）切削深度ap：ap=1/3d为宜，钛合金亲合力好，排屑困难，切削深度太大，会造成刀具粘刀、烧刀、断裂现象。
0 Y) M! z% j* G/ d' u （4）精加工余量αc：适中，钛合金表面硬化层约0.1～0.15mm，余量太小，刀刃切削在硬化层上，刀具容易磨损，应该避免硬化层加工，但切削余量不宜过大。
# i" {- s1 R0 W* t 冷却液
& n+ l1 N9 V' _ 钛合金加工最好不使用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆，也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂。可选用合成水溶性乳化液，也可自配冷却液。
6 ^4 w+ h$ X. p 切削加工时冷却液要保证充足，冷却液循环速度要快，切削液流量和压力要大，加工中心都配有专用冷却喷嘴，只要注意调整就能达到预期效果。 " X3 j8 m* l/ t! {; F1 B) y8 J
通过对钛合金的特性分析，编制正确、科学的加工工艺，可以降低成本，提高生产效率。 |
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发表于 2008-5-29 21:28:05