钛合金材料切削加工刀具的选择[1].pdf

专题报导我公司制造的某涡扇型航空发动机中有大量的钛合金零件， 由于钛合金材料本身有着不利于切削加工的特性， 因而成为难加工材料之一。根据过去我们加工高热强度不锈钢!#$%、 钛合金!&(%、 铁镍基高温合金!)*+,%、 镍基铸造高温合金!-+%等材料的经验来说， 只有对被加工材料的特性了解清楚， 才能合理选择刀具材料、 刀具的几何参数与切削用量。 所以首先应该对钛合金材料的特性进行充分的分析。!钛合金材料的类型与特性!*%钛合金材料的类型钛合金材料分为铸造的和变形的两大类， 目前在工业上应用最广泛的是变形钛合金。 根据退火状态的组织， 可将钛合金材料分为三种类型：! 相钛合金材料!用符号 &. 表示%；# $ 相钛合金材料!用符号 &/ 表示%；% 0 $ 相钛合金材料!用符号 & 表示%。!1%钛合金材料的特性!强度及热强度高钛合金密度小， 强度高；热稳定性好， 高温强度高。 在+22 3 ,224 温度下， 其强度约比铝合金高*2倍。#抗蚀性好钛合金在潮湿大气和海水介质中工作， 其抗蚀性优于不锈钢， 对点湿、 酸湿、 应力腐蚀的抵抗力很强。 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。 但钛对具有还原性及铬盐介质的抗腐蚀能力差。%化学活性大钛的化学活性大， 与大气中的5、 6、 )、 7、 51、 水蒸汽、 氨气等产生强烈的化学反应。 含 量829 1: 时， 会在钛合金中形成 &;。 温度较高时， 与 6 作用， 也会形成 &;6 硬质表层， 在? 的* = ,， . 的* = *(， 而各种钛合金的导热系数更低。 一般约为钛的,2: ， 如 &(的 !A 29 2*B；&B的 ! A 29 2*C! !为导热系数%。弹性模量小钛的弹性模量为*2C$22DEF，约为钢的* = 1。此外， 钛合金材料具有比重轻、 熔点高、 常温回弹大、 无磁等特性。钛合金材料的特性对切削加工的影响!*%钛合金材料的导热系数低造成切削过程散热差， 致使刀具的切削刃的温度大幅度增高， 刀具磨损加快， 寿命缩短。!1%钛合金材料的弹性模量小在切削力作用下， 容易产生变形， 同时已加工表面产生回弹， 使刀具后面与已加工表面产生强烈磨损。!+%钛合金材料的化学活性高易与相接触的金属产生亲和作用， 导致粘接、 扩散， 使刀具很快磨损。!(%钛合金材料的塑性低切削时切屑变形系数小， 切削流动速度大， 故单位切削力较大， 容易引起刀具的磨损。#钛合金材料切削加工的基本原则!*%切削速度要低因为切削速度对切削刃的温度影响很大， 切削速度越高， 则切削刃温度剧增，切削刃温度的高低直接影响着刀具的寿命， 所以要选择合适的切削速度。!1%切削深度要大通过实验证明， 切削深度对刀刃温度影响较小， 所以采用较低的切削速度、 增大切削深度对钛合金的切削是有利的， 特别是粗车时，摘要：钛合金材料历来被机械制造技术人员认为是难加工的材料。 作者根据多年的实践， 整理出一套加工钛合金材料刀具的几何参数等实际数据， 可作为有关人员对钛合金材料切削加工时的参考。关键词：钛合金材料切削加工刀具几何参数!卷第#期!# $ %!# $ %!钛合金材料切削加工刀具的选择!周泽智专题报导要保证刀刃完全进入被切削的钛合金表面内， 以防止产生磨损或崩刃现象。!#切削加工中不能停止走刀切削中停止走刀， 刀刃和被切削钛合金就会在高负荷下长时间摩擦， 容易引起钛合金的加工硬化， 产生烧结和挤裂而损坏刀具。!$#采用冷却液使用冷却液， 可以把刀刃的热量带走和冲走切屑， 以降低切削力， 因此有效的冷却和合理地应用冷却液， 乃是提高生产率和改善被加工零件表面质量的主要方向之一。 一般使用的冷却液有三类：!水或碱性水溶液；水基可溶性油质溶液；#非水溶性油质溶液。现将我公司加工钛合金使用的几种冷却液推荐如下： 苏州特种油品厂%号冷却液， 主要成分是磺化油、 环烷酸锌、 环酸钡； 红旗公司的 &( ) %冷却液，主要成分是氯化脂肪酸聚氧乙烯醚、 磷酸三钠、 亚硝酸钠、 三乙醇胺； 北京*+,所研制的 -.( ) %冷却液。!,#机床夹具刀具的系统刚性要好机床各部分间隙要调整好， 主轴的径向跳动要小。 夹具装夹工件要牢固， 要有足够刚性。 刀具切削部分尽量要短， 在容屑足够的情况下尽量加大切削刃厚度， 提高刀具的强度和刚性。!推荐加工钛合金的刀具材料由于钛合金导热系数低、 塑性低、 加工硬化倾向高等特性， 故在加工中切削力大、 切削温度高， 导致刀具易磨损， 寿命减低， 所以要选用硬性好、 耐磨性高的刀具材料。!%#高速钢牌号!含铝高速钢/*01,23$4+56；高钴高速钢/+01723$4218!相当于美国材料牌号 0$+#；#粉末冶金高速钢此类钢的含碳量接近于平衡碳， 在淬火后可获得很高的硬度!-92*, : ;#。!+#硬质合金牌号!粗加工选用=.8、 =.8/、 =.%,!=.90#。加工钛合金常用切削刀具的几何参数!%#车刀的几何参数影响钛合金零件加工质量的最大参数是前角 !、 后角 、 刀尖圆弧半径 !。如果前角后角减少， 刀尖 ! 增大， 都将影响刀具锋利程度， 使切削力增大， 零件变