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當(dāng)前位置：沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)股份有限責(zé)任公司新聞中心數(shù)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(shù)：0

鈦合金TC11精細(xì)切削加工技術(shù)研討

　　鈦合金具有密度小，強(qiáng)度高，比強(qiáng)度大于超高強(qiáng)度鋼;并且熱安穩(wěn)性、抗腐蝕性好，高溫強(qiáng)度高;在300～500℃溫度下，其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍等特色，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天、航空及導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)商品上。特別是(α+β)鈦合金能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化，熱處理后的強(qiáng)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(yīng)力腐蝕才干，運(yùn)用的愈加廣泛。

　　可是，因?yàn)殁伜辖鹁哂星邢髯冃蜗禂?shù)小(變形系數(shù)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?yàn)殁伒幕瘜W(xué)活性大，易與各種氣體雜質(zhì)發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)，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(gòu)成;在高溫時(shí)構(gòu)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(yīng)力會(huì)集，下降了零件的疲勞強(qiáng)度，切削進(jìn)程也嚴(yán)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(yán)峻的粘刀表象，導(dǎo)致劇烈的粘結(jié)磨損;并且鈦合金安排不行安穩(wěn)等缺點(diǎn)，給切削加工特別是精細(xì)切削加工帶來(lái)許多艱難，所以又稱之尷尬加工金屬。因此，對(duì)鈦合金精細(xì)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)是筆者廠里某商品中一個(gè)關(guān)健功能零件,因?yàn)樵谧鳂I(yè)狀況時(shí)有必要接受高溫高壓，其機(jī)械功能需求為抗拉強(qiáng)度Rm≥1030MPa，延伸率A≥9，為滿意其功能需求，商品規(guī)劃上選用鈦合金TC11制造，是一種典型的薄壁軸類管狀零件。經(jīng)過(guò)對(duì)其精細(xì)切削加工技術(shù)的優(yōu)化規(guī)劃，完成了鈦合金TC11精細(xì)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(gòu)造α相和體心立方構(gòu)造的β相構(gòu)成，相對(duì)別的金屬，織構(gòu)愈加顯著，各向異性更強(qiáng)，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?yàn)殁伜辖鹈芏刃�，�?qiáng)度高，切削進(jìn)給切應(yīng)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(yán)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(duì)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(qiáng)，加之大的切削力，更促進(jìn)了刀具的粘結(jié)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(nèi)后外”，減小精加工時(shí)的變形，進(jìn)步加工精度為準(zhǔn)則。在前期的試制進(jìn)程中，技術(shù)道路為：下料、車(chē)長(zhǎng)度、粗車(chē)外形、鉆孔、粗鏜孔、精車(chē)內(nèi)形、精車(chē)外形。

　　因?yàn)殁伜辖饘?dǎo)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(qiáng)，簡(jiǎn)單粘刀而使切削艱難。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，鈦合金的強(qiáng)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(dǎo)熱性好、強(qiáng)度高的鎢鈷類硬質(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(dāng)高，鉆頭磨損嚴(yán)峻，并且加工進(jìn)程熱應(yīng)力添加，直接影響到后續(xù)精加工的精度。

　　(2)工件變形大，機(jī)加尺寸難以操控。

　　(3)同軸度超差狀況嚴(yán)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(duì)資料及加工進(jìn)程的研討，決議選用肯納HTS-C機(jī)夾式鉆頭(噴吸鉆)進(jìn)行鉆孔;該鉆頭能供給強(qiáng)有力的冷卻，并配備可轉(zhuǎn)位PVD涂層整體硬質(zhì)合金刀片和排屑槽及硬質(zhì)合金導(dǎo)向鉆。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，該鉆頭選用專門(mén)加工難加工資料的KC720和KC7215刀片(表里側(cè)刀片)，對(duì)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(duì)后續(xù)加工沒(méi)有應(yīng)力影響，對(duì)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(duì)策

　　機(jī)加進(jìn)程發(fā)生變形的首要緣由是因?yàn)殁伜辖鸢才艖?yīng)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(nèi)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(wěn)的要素,形成了機(jī)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(jī)加進(jìn)程的變形操控為最小,是一個(gè)難題。

　　經(jīng)過(guò)重復(fù)實(shí)驗(yàn),咱們?cè)诠ぜ旨庸ず筇砑右坏罆r(shí)效退火工序。在不下降工件機(jī)械功能的前提下，經(jīng)過(guò)細(xì)化晶粒，然后到達(dá)細(xì)化安排，消除內(nèi)應(yīng)力，使其安排到達(dá)安穩(wěn)狀況。

　　熱處理標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)，其抗拉強(qiáng)度Rm遍及高于1030MPa，延伸率A悉數(shù)大于9%。

　　3.3.3 同軸度超差緣由及對(duì)策

　　針對(duì)同軸度超差而形成的工件合格率不高的狀況，經(jīng)過(guò)對(duì)工件資料及加工技術(shù)進(jìn)一步剖析發(fā)現(xiàn)：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(shù)技術(shù)體系剛度才干有效地處理其加工疑問(wèn)。

　　(1)在內(nèi)孔加工時(shí)，采取了合理設(shè)置技術(shù)臺(tái)階法，以具有必定剛性的技術(shù)臺(tái)階作為工件的裝夾、定位基準(zhǔn)，有效地處理了加工內(nèi)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(jī)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(nèi)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(nèi)壁貼合一體，然后到達(dá)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(guī)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(guī)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(shù)內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，雖然在理論上發(fā)生過(guò)定位表象，但在實(shí)踐運(yùn)用上，則完全滿意了工件的需求。見(jiàn)圖6所示。

　　依據(jù)上述TC11鈦合金在切削進(jìn)程中表現(xiàn)出的特征以及該合金難以切削的機(jī)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(nèi)、外圓——時(shí)效及機(jī)械功能查驗(yàn)——車(chē)基準(zhǔn)——半精車(chē)小頭內(nèi)孔，半精車(chē)大頭內(nèi)孔——精車(chē)內(nèi)形——半精車(chē)外形——平總長(zhǎng)、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(guī)劃需求，零件合格率達(dá)98%以上。有效地處理了鈦合金的精細(xì)切削加工變形疑問(wèn)。

　　4 結(jié)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(duì)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(xì)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(duì)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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