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总结钛合金铸件的加工规律和经验

2014年11月24日
钛同钛合金系一种综合机效能良好嘅工程资料,其主要效能特点系比强度高、热强效能好,抵腐蚀效能优良,喺航空、太空、船舶、石油、化工等工业领域得到日益广泛嘅应用。中国船舶重工集团总公司七二三所生产嘅天线座上嘅壳体、传动轴等主要零件均为钛合金铸件。
从切削刀具禁用度、加工表面嘅质量同切屑形成同排除嘅难易程度等方面嚟到衡量,钛合金系属於难加工嘅材料。而搜寻雷达天线座精度要求好高,加工面啲鞋度要求都高,令铸件嘅尺寸同形位公差要求好严,加埋天线座上各主要零件都系为咗满足制质量要求而设计嘅薄壁件,畀机加工带嚟咗好大嘅困难。总结钛合金铸件嘅加工规律同经验,对生产具有好重要嘅意义架。。
钛合金切削加工嘅特点由於钛合金自身嘅物理同化学属性,令到钛合金切削加工具有如下嘅特点。
(1)钛合金嘅弹性模量约为碳钢嘅1/2,屈强过大,摩擦系数大,令到钛合金喺加工时蠢易惹较大嘅回弹变形,从而影响零件嘅加工精度。
(2)钛合金嘅导热系数细,约为碳钢嘅1/5,机加工时切削热量唔易派,导致切削刃上惹较大嘅温升,而令刀具蚀。
(3)钛合金加工时切屑唔易分离架嘛,容易与工件惹粘结现象,从而影响工件表面嘅鞋度。
(4)钛合金喺高温时其化学活性好高,机加工惹嘅热效应会令其表面形成好坚硬无嘅氧化层,加快刀具蚀。
(5)钛合金嘅切屑与刀具接触面细,净系得碳钢嘅1/2,其切削刃上承受嘅应力约为碳钢嘅1.5倍,令刀具易蚀同刮刃。
钛合金铸件机加工时,除具有上述特点之外,由于壁厚通常较薄,刚性差,加工时易惹扮夹变形,而且加工余量细,划线搵正困难,容易造成废品。另外,大型铸件浇铸成分唔匀巡,硬度有差异,会畀机加工带嚟更大嘅困难。
钛合金铸件机加工嘅几项原则要想获得合格嘅产品,钛合金铸件喺机加工过程中,使唔使要遵守以下几项原则。
(1)合理安排工艺条路。喺粗加工前,钳工要扒全线,检查所有加工面,保证各面加工余量匀巡,变形嘅加工面要加以较,以保证个个加工面都有加工余量;对于复杂嘅铸件应先加工易出现铸造缺陷嘅面嚟及时发现铸造缺陷,并采取相应嘅箍煲措施。
(2)对于自身结构刚性差嘅零件,可以采取铸造时增加辅助加强筋,或者喺粗加工前焊接辅助加强筋嘅方法嚟提高结构刚性,以减小加工变形。
(3)寻找啱嘅扮夹方式。钛合金加工时切削振动大,工件一定要扮夹牢固,防止切削时褪,但过大夹紧力好易令工件惹变形,点处理呢一对矛盾系可唔可以加工出高精度钛合金零件嘅关键之一。扮夹啲要多,扮夹面要大,必要时增加辅助顶,切削过程要注意观察变形情况。
(4)拣啱嘅切削参数(如切削速度、切削深度、进给量等)。切削速度要低,以降低切削刀刃嘅温度;切削深度要深入去氧化层以下,防止刀具蚀同刮刃;进给量要适中,噉可以有效提高加工效率,降低生产为皮。
(5)粗、精加工时切削情况有好大嘅差别,就切削刀具唛要根据唔同情况进行选择;但一般唔用含钛嘅刀具资料,因为切削时刀具同工件温度都好高,刀具中嘅钛好易与材料中嘅钛发生锡合现象,从而影响刀具嘅切削效能。
(6)冷却液具有润滑、冷却、清洗同防止黐刀等作用,合理噉应用冷却液乃系提高生产率、改善畀加工零件表面嘅质量嘅方法之一。喺普通切削条件下,用高浓度蠢责乳化液就可以。
(7)选择刚性好嘅机床,且机床各地方卡罅要较好,机床主轴嘅径向趱要细,刀具要扮夹牢固,刀具切削地方要短,以减小切削振动,提高刀具耐用性。
(8)切削过程中唔闸住走刀,一旦泊车时若刀刃同工件重喺埋一齐接触,就会惹钛合金工件嘅加工硬化,惹烧结,揸坼同损坏刀具。
(9)通常零件应分粗、精两条工序加工,零件精度要求特别高,中间仲应安排去应力嘅热处理工序同半精车工序,以保证精度要求。
3车削同镗剕加工嘅要点车削同镗剕加工情况好似样,工件扮夹同搵正嘅方法都基本一样,刀具嘅野都一样,其加工要点如下。
3车削同镗剕加工嘅要点车削同镗剕加工情况好似样,工件扮夹同搵正嘅方法都基本一样,刀具嘅野都一样,其加工要点如下。
(1)车削同镗剕加工时首先要拣好刀具资料,喺切削钛合金坯料表面层嘅时候,温度过高嘅钛屑同刀具表面嘅摩擦,可唔可以令刀具表面受到严重嘅蚀,坚硬无嘅氧化层可以令硬质合金刀面受损,噉就要求刀具材料喺高温下仍可以保持紧要嘅硬度同良好嘅禁磨性、禁热10H等硬质合金刀具,精加工时用YG8W、等硬质合金刀具。
(2)要揼好车刀同镗刀,前角V为10°~另外,粗加工时切削速度要低,切削深度要深,刀尖圆弧半径R为0.2mm;精加工时切削速度要高,切削深度要细,刀尖圆弧半径(3)钛合金嘅弹性模量细,其畀刀系数与其他材料有好大差异,尤其精加工嘅最后一次切削嘅时候,切削量好钟易形成切削后回弹变形,唔保证尺寸精度,就喺最后嘅精加工之前一定要留有啱嘅切削余量。
(4)镗剕深孔周时出现上边尺寸合格而下便尺寸变细嘅又锥孔,除刀刃蚀之外,刀杆刚性唔够都系一个重要因素,就,提高刀杆刚性可有效防止呢种现象发生。
4铣削加工嘅要点钛合金铸件嘅铣削加工系机加工中工作量最大、难度都比较大工序,其要点如下。
(1)铣削钛合金嘅时候,钛屑蠢易与刀齿粘结,令刀齿蚀加剧甚至刮刃。拣啱嘅铣削方式与及铣刀与切削面嘅位置有助于解决上述现象。粗加工去表层氧化皮时切削力大,应采用逆铣,逃过工件惹过大振动,其他情况下采用顺铣,可少切屑粘结,减小刀具蚀。
(2)粗加工时应加大铣削深度,逃过直接切削氧化皮,降低铣削速度;精加工时应减小铣削深度,尽量提高铣削速度,以保证加工表面鞋度。刀具应尽可能选用硬质合金。
(3)铣削钛合金铸件时基准面啲选择特别重要,一定要根据工件刚性嚟确定扮夹面,然后再肯定各个加工面之间嘅先后加工顺序,应尽量少扮夹次数,以少工件变形。
(4)为咗提高加工效率同刀具耐用性,立铣时刀嘅野最好进行修揼,举荐引数为前前段修磨成3°,刀尖圆弧半径5钳工加工嘅要点钛合金铸件加工由开始到尾,贯穿咗钳工工序,钳工水平嘅高低对钛合金铸件嘅可唔可以顺加工有好大影响,其要点如下。
(1)钳工喺扒铸件加工线嘅时候,通常情况下铸件本身壁厚加工余量唔多,就,划线时候要严格按照加工基准嚟揾正,兼顾其他加工面,加工后壁厚应匀巡。一旦发现铸件有缺陷时,应采取箍煲措施加以箍煲,如对缺陷处加以补焊,对变形处给予整形,尽量令加工余量匀巡。
(2)钳工喺对钛合金铸件整形时,既应考虑到钛合金嘅弹性模量细,大力过钟,容易惹回弹而达唔到整形嘅目的,又要谂到铸件壁厚较薄大力过大嘅时候,容易损坏零件。
就,整形时通常敲击大面,同时大力又唔好过猛。
(3)钛合金嘅贡吓加工,其切削力大,排屑困难,钻头耐用性差,要对钻头加以改进,少钻头与工件之间嘅摩擦,以少切削热。
前角V与普通麻花捐嘅前角相同,顶角为过普通麻花捐嘅后角要细4°~6°,横刃攞普通钻头嘅1/2,棱刃略带啲后角,螺旋角为25°~30°。钻孔时进给量要细,进给速度要匀巡,当发现切削阻力增大或者切屑形状、颜色唔啱嘅时候,应及时更换钻头或者重新揼刃。
(4)钛合金铸件上攻丝更加系难点。由於钛合金具有弹性模量细、摩擦系数大、热扩散率低嘅特点,攻丝时丝锥与工件嘅接触积大,切屑易粘结,造成摩擦力臂大,令丝锥耐用性下降或者拗断。采用修揼丝锥方法,将丝锥校准地方修窄,底孔直径加大0.1mm,采用匀巡而慢速嘅手攻,保持有紧要嘅冷却液,可以有效解决呢一个问题。
磨削加工嘅要点有啲钛合金轴类零件,因其尺寸较大,冇大叻料,都设计成铸件。其精度要求高时就使磨削,其要点如下。
(1)钛合金磨削嘅时候,其韧性大,强度高,揼屑唔易分离架嘛,磨削力大,粘附性强,揼屑好易粘附喺砂轮表面,磨削发热现象严重,磨削温度高,蠢易烧亲加工件表面,惹烧亲裂纹。
(2)磨削钛合金时,应选用专门嘅绿色碳化硅砂轮,粗揼时可用46嘅,精揼时可用嘅中软砂轮磨削,效果最好。
(3)磨削速度要低于普通磨削速度,磨削深度都要浅,工件可选用较高转速,以防止温度过高烧亲工件。
(4)冷却液应选用清洗效果好嘅,如水溶液等。冷却液嘅压力同流量要保证能够有效地冲走揼屑,防止砂轮表面粘结,提高工件表面磨削质量。