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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。 : Q' e1 ?' r: I2 O) s
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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# b) X9 F. N! V2 b/ t' W( m （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。
( K p) R% g6 D2 A: @+ y （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。
1 t7 ^4 |+ z4 H （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。
8 C5 ]) V6 d) L5 I8 H: u （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·℃。 ) t4 `! J H2 F
钛合金切削加工特性分析
7 v5 i8 I$ C2 S" u1 ~ 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。
1 g' f; N `, C. u) w 加工中心加工钛合金的特点
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9 \0 u D8 ]) O+ U" Y3 D （1）加工中心可以同时加工多个零件，提高生产效率。 , ^- x# ?5 V8 ]$ z, g
（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。
2 z$ l. J5 J1 t: ^7 H/ k （3）具有广泛的适应性和较大的加工灵活性。
! Z+ P6 M; ~+ Q/ T& c% y' D" F （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。 }3 z8 K8 E- X: V2 Y5 s- C
（5）可以进行精确的成本计算，控制生产进度。- K2 v! R$ y+ n# p( y
（6）不需要专用夹具，可节约成本经费，缩短生产周期。 : B2 m( Q! q }9 z- T" N( Y& x
（7）可大大减轻工人的劳动强度。 6 S q% o0 y! |1 ^ |8 i
（8）可利用UG等CAD/CAM软件进行多轴加工。
6 U6 H0 S( ?9 P& g( j. w 刀具材料的选择
j. O2 n0 ^- e4 F" `8 c3 e 选用刀具材料应满足下列要求：
( f+ {6 S: Y% [) D' `/ Y+ ` （1）足够的硬度。刀具的硬度必须要远大于钛合金硬度。 ) h$ w) l: v) G, D& t j0 }) s! k
（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。 % ` e& O" c3 n7 f4 [7 Y: d5 ]; g
（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。4 p, ?; ~) v6 {# ]
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（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。
4 r& k$ T3 {1 p$ W' \+ T& O 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。
6 A. S" H+ d( v 铣刀的几何参数
8 { }" _ O: G- o' g 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。
A9 ^$ h/ a8 v4 ^. V& u. D- e （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。
( U; J. p N7 K. L) q" r6 B$ w+ C# w' W （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。" U+ P! j f1 m
（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。
# p% J" q# p, @- j9 i" _5 s 切削参数选择 # j! M8 Y2 g" d
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。
( [( a" Q9 |. w% E6 N （1）切削速度Vc：Vc=30～50m/min。* D& d2 f. g1 ], s
（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。 + i' h' S4 r" N
（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。
1 r+ U* C% z0 P$ x$ u7 ^2 N L （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。 # D7 E6 p' x; W9 v6 |8 v! O
冷却液" c2 s2 L, {% ^( D/ w S, 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。 ~' \) ]) y" h, L% C0 n
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。 ; D$ u# W& E2 W# w' R9 `$ ^9 I! T
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