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1、圈臣 T 1 1 钛合金零件的 切削加工 盛卫忠 李选琦 刘俊秀 ( 航天科工哈尔滨风华有限公司， 哈尔滨 1 5 0 0 3 6 回 1 钛合金 的切 削加 工性分 析 钛 台 金材 料 的 切 削 加工 差 主 要 体现 在 如 下几 个 方 面 ： ( 1 )切削温度高=钛合金材料导热系数小 ， 散热条件 差 在切削过程中刀具与切屑间的摩擦系数大， 田削热集 中于刀刃附近 因此 会造成切屑与刀具接触界面温度过 高 ( 2)切削条件要求较高。钛合金材料对切削速度非常 敏感， 欠合理的田削参数选择会极大地缩减刀具的寿命 ： ( 3 ) 弹性恢复大 钛合金弹性模量小， 在切削力作用 下产生较大
2、的弹性恢复 对大径深孔来说 ， 由于孔收缩量 较大 故易造成钻头刃带与孔壁间产生摩擦， 大回弹量将 使刀具的实际切削后角溅小，加剧 了后刀而与加工表而 间 的摩擦 ， 严重 时会导 致钻头 “ 抱 死” = ( 4 ) 变形系数小 加工钛台金时 ， 经常可以看到挤裂 的切屑， 且刀具易磨损 其主要原因是切屑沿着前刃面流 出的速度大于其它材料对前刀面的摩擦 ( 5 ) 刀尖应力大。计算结果表明 钛合金材料的叼削 应力约是中碳钢的 1 3 倍 由于刀尖附近应力集中， 所以 刀 尖或 切削刃 极易磨 损 。 ( 6 ) 化 学活 性高 ：在 一定 切削温 度下 ， 钛 吸收 大气 中 的氧 、 氮
3、、 氢等元素， 而形成氧化钛、 氰化钛和氢化钛薄 膜 ， 使表面层硬化和变脆 降低了塑性 ， 加大了加工硬化 程 度 ， 从 而加剧 了刀 具磨 损。 ( 7 ) 粘 结磨 损及 扩散磨 损较 突出 。 切 削时 由于钛合 金 的亲和力大， 使肇擦表面的接触点容易粘结。 在相对运动 下 带走 刀具 材料造 成粘 结磨损 。 针对上述问题 ，奉文结合 T 1 1 钛合金零件的双曲面 加T ，着重 分析说 明 了钛 合金零 件料 数控 加工 中 的刀具 材料、 几何参数的合理选择， 切削参数的优化等问题： 2 典 型零件 工序切 削加 工工艺 分析 2 曲面的加 II 艺 被加工零件结构如下图所示
4、，其特点是曲面多 、 L 多 、 盆形 内腔 ， 材料加 工工 艺性能 差 ， 切 削加 工难度 高： 针 对以上特点， 制定的主要1J u z3 - 序如下 ： 1 ) 毛坯粗车( 外圆尺寸 ) ； ( 2 ) 低倍； ( 3 ) 半精车( 盆形 内腔 ) ； ( 4 ) 精车 ； ( 5) 铣下端面八弧八孔 ； ( 6 ) 开槽； ( 7 ) 精 铣叶型； ( 8 ) 荧光检查； ( 9 ) 外磨( 由于精铣叶形以后外圆 膨 胀 ) 2 2刀 具材料 的选择 加工铽合金的刀具材料应具备如下性能：高温状态 下的化学稳定性 ； 足够的强度和韧性 ； 良好的热传导性 = 加工 钛合 金时 ，应尽
5、 可能选 择 与钍 合金亲 合力 小的 刀具 材料： 经过对几种常用的刀具材料进行分析， 最后选用了 Y G类硬 质合金 。 2 j 具拳敷 优选 ( I ) 车 削加 _J 因钛合金的导热性差 为减少刀具后刀面与加工表 面摩擦产生的热， 刀具后角要选的大些， 加工一般材料的 刀具后角取 c te = 6 。 8 。 ； 加工钛台金的刀具后角取 a o = 1 4 1 7 。 ； 前角要大一些， 8 。 l 2 。 以保证刀刃锋利 碱小加 工变形 ， 提高加工表面质量 ；主偏角K， - 9 0 。 ，以降低径 向力， 防止震动 ； 刀尖圆弧 0 8 r n m合适： ( 2 ) 铣 削加 工
6、在图示的曲面加工工艺中，上表面的两孔和下表面 的八弧A-f L 以及叶片的开槽 和精铣都要采用铣削J I 铣 刀 的前角 、后 角等几 何参 数对提 高 切削精 度和 效率 以 及延长刀具寿命有很大的影响=所以要对铣刀的形状加 以改进 ， 具体措施： 减小铣刀的悬伸。 假如铣刀的悬伸过大 刚度就难 以保证。在保证工件正常加工的前提下 悬伸尽量缩短。 减小铣刀刀槽深度。这样可使铣刀的寿命得以提高： ( 3)钻 孔加 工 要 对钻 头进 行修磨 ， 因钛台 金弹性 模量 小 在切削 力 作用下产生较大的弹性恢复，特别足加工大孔径时孔收 缩量较大， 造成钻头刃带与孔壁问产生摩擦， 所以产生很 机槭工
7、程师 2 0 o 7 年第4期I 1 49 维普资讯 http:/ 回 圈 日 舀 大的噪声和切削力， 甚至钻头和钛合金有抱死的倾向； 叉 因钛合金化学活性高 ， 切削温度升高的条件下 ， 钛吸收空 气中的氧 、 氮 、 氢等元素形成氧化钛 、 氮化钛、 氢化钛等薄 膜 使表面硬化 、 变脆 降低了塑性， 加大了加工硬化程 度。 所以造成 r 扩孔时的钻头磨损。 特别是在原底孔直径 处磨损更为严重 ， 所以要对钻头进行修磨。 标准钻头的倒 锥量为 ( 0 0 3 - 0 1 0 ) m m l 0 0 ram，而钛台金的弹性恢复量 大 会引起钻头与工件的摩擦力过太 一般情况下， 加工 钛 合
8、金钻 头 的倒 锥角 度是 标 准钻头 倒 锥角 度 的 3 0倍 以 上 - 一 般为( 0 1 0 3 ) mrt ff l 0 0 mm。 为了减小轴 向 削 将钻 头的横刃部分修磨成 S 形。 Z 4 切 削参数 的优选 对于切削加工来说，既要保证零件的质量 、加工效 率， 又要保证刀具有一定的寿命 ( 1 ) 对于双曲面的粗车， 要保证刀具的使用寿命。 切 削速度“ 8 0 m ra i n ， 刀具使用寿命 T = 4 8 0 mi n 背吃刀量 ，1 mil l ， 进 给量 f -O 1 5 mrrd r 。 因粗加 工产 生 的热量 多 ， 要加 大冷 却液的 流量 = (
9、2 ) 对于零件酌精车 主要任务是保证表面质量， 加 _T精度和适 当的刀具寿命= 切削速度 8 O r dm i r t ， 背吃刀 量 0 3 ram，刀具的使用寿命 =1 0 8 0 mi n 进 给量 _厂 0 1 5 m n ff r o ( 3 ) 开槽是铣削加工中占用时间最长的工序， 提高开 槽的效率的措施是优化铣刀的加工轨迹。对于开槽 工序 来说， 要遵循切削路线短的原则， 应先一侧开槽 ， 而不是 两侧同时开槽。 这样会使铣刀受到的循环应力减小 从而 可提高刀具的使用寿命。还应加大背吃刀量 和切削厚 度 风扇开槽使用球头立铣刀， 设定= 5 mm， m ； 2 8 ra m，
10、 为了避 免过切 。 所 以编程 时应使 刀径 自下而 上 ： 。 2 5 提 高加I 系统稳 定性措 施 为了得到满意的加工零件和效率 ，必须使系统具有 很高的稳定性。 ( 1 ) 减小刀具的悬长， 避免受大的冲击力的时候刀具 折断。 【 2 ) 选择 主轴刚度较大的机床 避免大 田削用量引起 工艺系统颤振发生： ( 3 ) 选择装夹强度较大夹具， 增加系统的刚性= 1 50 l 机械工程师 2 0 0 7 年第4期 此外， 还应注意切削余量要均匀= 3结语 通过综合考虑钛台金加工中刀具的选择、 切削参数 的优化， 以及对加工工艺系统 的调整， 可以使钛合金零 件的加工取得较好的结果。 本文
11、通过在大宇 My n x 5 4 0 5 0 四轴数控铣床上进行叶型的精铣实验 ，采用的是 = 1 6 n m l 的硬质合金球刀， 获得了满意的切削结果 具体数 据 如 表 1所示 ： 优化前后的切削参数与加工效果对 比表 原始参敷 0 1 2 优化参数0 1 2 参数对比 2 6 1 5 6 0 0较差 2 6 2 O O O 8 C O 良好 保持 提高效 率提高效 率提 高刀具 不变 3 3 3 3 寿命 1 1 5 参考文献】 1 史必宽， 畅巧凤 等钛台金 T C 4高速铣削表面完整性的研究 ： J 航空佑 l 造技术 2 0 0 1 ( 1 ) ： 3 0 3 1 3 5 2 张
12、桂木， 等 钛台金 B T 2 0 的立铣试验研究 仆航空制造技术， 2 0 0 2 ( 6) ： 5 7 5 9 3 彭晋龄 等泽机械加工切削数据手册 M 北京： 机械工业出版 社 1 9 8 9 ( 靖辨 曼天 ) 作者简介： 盛卫忠( 1 9 6 3 一 】 豸 教师， 主要从事敷控加工工作 牧稿 日期 ： 2 0 0 7 - 0 1 - 3 0 西 九干 工业 系统 和服务 集团 日前与 武汉 钢铁( 集团) 有限责任套 司签订合 同。西门于将 为武钢新 建 中厚板轧 机提供 奎套机械 和电气 谴备，合同额约为 5 1 0 0万欧元计j 1】 于 2 0 0 8 年 8月生产出第一块板
13、 材 中厚扳轧机设备 建在 湖北省鄂州市 。 速套 新设备将使武钢 能够 轧制 众多品种产品 。 包括 高级建筑 用钢 、 低 夸金 蛄构钢板、 营缦钢板 、 集 装 箱蛔板 、桥 粱钢板 以麓低 合金高强度铜板 。 计 划分 两期建设 第一期 包括安装一套精 轧机 槊、 一套 M u l D ic强化冷 却段 、 一 台热矫直机 、 一 台中温矫直机和三组冷床。这一阶段建设完成 后 ，设 备的年生产能力将迭到 1 2 0万吨 左右 。 在 第二期 建设中 一垂带立辊的粗轧机 架、 另 一 组冷康和 一台玲矫 直机 将被 集成到铜扳 生 产线上 。最终 年 生产能力将增加到 1 6 0万吨 。 除机械设备外 西 n子 集团还将 为武钢提 供 整套 自动化 系统和相关 的技 术方案 ， 井 负责 协调整个轧机电 气设备的设计 和安 装 促进武 钢犬幅度提 高轧机生产率 ， 同时确保 抽流顺幡 以废板材 与工艺参数正确 匹配。 在过去几年 中， 武钢同西门子下属奥钼联 合作开展 了一系列项 目， 建设新的生产厂 、 改造现有设 备和扩太其生产能力。凭借这一项 目， 西 门子下属 的奥地 利蒜 茨西门子奥钢联金属 技术有限公司将进一步巩 固箕 作为轧机机械和电气设备供应 商的领先地位。 维普资讯 http:/