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浅谈钛合金难加工怎样选用合金刀具材质

作者: 来源: 日期:2019/7/22 15:25:48 人气:141
       钛合金难加工怎样选用合金刀具材质,钛合金切削加工中选用硕朔精密刀具材质的特点

  在制造行业,经常会有碰到加工钛合金材料,而由于钛的特性导致其极难加工;因钛合金与常用金属比较具有更好的强度、韧性、延展性以及较好抗氧化性与耐腐蚀性。这使得钛合金在航空航天、汽车、化工和医疗器械等领域得到广泛使用。硕朔精密刀具针对如何实现钛合金的高速、高效切削加工;成为加工钛合金刀具的关键所在。而加工钛合金刀具的涂层在切削刀具中也起到很好的作用,好的涂层可以改善刀具耐磨性,提高其高温硬度、隔热性能、热稳定性、冲击韧性等,从而大幅提高刀具的切削速度及使用寿命。

浅谈钛合金难加工怎样选用合金刀具材质

  关于钛合金特性、应用
  钛合金在韧性、延展性、特别是强度远远超过其他金属材料,可以制造出单位强度高、刚性好、质量轻的产品部件。近些年来钛合金被大量用于飞机上以代替铝合金,其原因就是由于钛合金的热稳定性好,高温强度高,在300~500℃下,其强度约比铝合金高10倍,工作温度可达500℃。对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优越的抗腐蚀能力,同时钛合金在潮湿的环境中以及海水介质中,对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力远超不锈钢。使用钛合金加工制作的产品还具有硬度高、熔点高、无毒、无磁等特性。
  基于上述一系列优良的性能,钛合金首先被应用于航空。1953年,美国道格拉斯公司第一次把含钛材料应用于DC2T发动机吊舱以及防火壁上,取得了良好的效果。在航空航天领域,航空发动机的风扇、压气机、蒙皮、机身和起落架等部位先使用钛合金作为关键材料,使得飞机整体减重约30%~35%。钛合金还成功应用于核潜艇的耐压壳体、海水管路系统、冷凝器和热交换器、排风扇的叶片、推进器和轴、弹簧、航母上的消防设备、螺旋桨、喷水推进装置、舵等船用部件。此外,由于钛合金具有良好的生物相容性、耐腐蚀性、力学性和加工性能,已经成为适宜的生物医学金属材料,成功应用于人工膝关节、股关节、齿科植入体、牙根及义齿金属支架等,其中,医用植入物材料常用Ti6Al4V,Ti3Al-2.5V合金也因其有好的冷成型性、耐腐蚀及力学性能在临床上被用作股骨和胫骨的替换材料。
  钛合金加工存在的难点
  (1)变形系数小,在钛合金材料的切削加工中是一个比较明显的特征。在切削加工的过程中,切屑与前刀面接触的面积太大,切屑在刀具的前刀面上行程比一般材料的切屑要大的多,在这样长时间的行走会导致刀具磨损严重,而行走过程中还会发生摩擦导致刀具的温度升高。
  (2)切削温度高,一方面前面提到的变形系数小会导致一部分的温度升高。而钛合金切削加工过程中切削温度高主要方面还是因为钛合金的导热系数非常的小,且切屑与刀具的前刀面的接触的长度短,在这些因素的影响下,切削过程中产生的热量很难传导出去,主要都存积在刀尖附近,造成局部温度太高。
  (3)振动,在精加工时,钛合金的低弹性模量及动态切削力是引起切削加工过程中振动的主要原因。
  (4)钛合金的热导率很低,切削产生的热量不易散出。钛合金的车削过程是一个大应力大应变的过程,会产生大量的热量,在加工时所产生的高热量不能有效扩散,同时刀具的切削刃和切屑的接触长度短,使热量大量聚集在切削刃上,温度急剧上升,刀刃软化,加快刀具磨损。
  (5)钛合金的化学作用大,高温下,钛合金很容易与刀具材料起反应加速了月牙洼的形成。但是钛合金的切削过程基本上是在高温下进行的。当切削温度高到一定的程度时,空气中的氮氧等分子与钛材料能够容易地产生化学作用,导致生成了一种脆硬表皮。而且在钛材料的切削过程中工件的已加工表面所发生的塑性变形导致了冷硬现象的产生,在工件材料的已加工表面发生硬化现象。这些现象都能够使得刀具的磨损加剧、钛材料的疲劳强度受到降低。
  (6)刀具极易磨损,刀具的磨损是很多综合因素共同作用的结果,在钛合金材料的切削加工过程中,极易造成刀具的崩刃现象产生,钛材料在高温的条件下一般都表现出刀具材料之间化学亲和性比较强,还有就是高温下刀具与钛合金材料容易发生粘结现象,这些都导致刀具的使用寿命太短。所以钛合金材料的切削必须注意的两个方面,就是保持低的切削温度和提高刀具或被切削材料的刚度,涂层刀具就是一种提高刀具刚度的办法。
  钛合金切削刀具涂层现状
  由于钛合金化学活性高,导热系数低导致了切削过程中切削温度高,化学反应剧烈,刀具快速失效,造成刀具寿命短,加工成本高的问题。刀具磨损的原因包括机械摩擦和切削力和切削温度作用下的物理、化学反应;针对钛合金切削加工的困难性,所选的刀具材料必须满足硬度高、强度高、导热系数大、化学稳定性和红硬性好的要求。
  经过业界试验表明,加工钛合金效果较好的PCD金刚石刀具,但因其价格昂贵,因此限制了大范围使用加工,而优化工艺参数可以使钛合金材料的切削加工效率得到一定提高,但幅度并不大;高压切削液、低温切削及热管换热冷却润滑方式正在往这个方向研究

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