钛合金零件切削用量与刀具参数的选择-中华工具网

1、钛合金零件切削用量与刀具参数的选择 - 中华工具网钛合金零件切削用量与刀具参数的选择主要加工方法 钛合金零件的加工余量比较大，有的 部位很薄(23mm),主要配合表面的尺寸精度、形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工 半精加工 精加工的顺序分阶段安排工序。主要表面分阶段反 复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的 要求。其主要的加工方法有铣削、车削、磨削、钻削、铰削、 攻丝等。铣削用量及刀具的选择钛合金结构件中大量应用铣削加工，如零件内外型面。刀具应选择具有 高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性 好、散热性好的材料，主要为高速钢 W6Mo5Cr4V2Al 、

2、W2Mo9Cr4VCo5(M42) 和硬质合金 YG8、 K3O、 Y330 。刀具 几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长 比不能过大，并分粗、精加工两种，加工时最好采用顺铣。 铣削刀具参数见表 1，常规加工铣削用量见表 2。铣削时必 须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度， 切削液流量应不小于 5L/min ，以延长刀具的使用寿命。在上 述常规加工的基础上，为进一步提高铣削加工效率，我们在强力铣加工中心机床上进行了高效铣削试验，获得了较理想的切削用量、刀具和切削液，铣削用量数据见表3。通过高效铣削与常规对比可以看出，高效铣削加工比常规加工效率 提高了 24倍，零件

3、表面质量也得到较大的提高，加工周 期大大缩短，制造成本相应降低。车削用量及刀具的选择在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。但车削钛合 金表面氧化皮较为困难，一般在加工前用酸洗方法去掉表面 薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超 过氧化皮深度 15 倍，走刀量可加大，但切削速度应降低。 刀具材料应选择 YG 类硬质合金材料。刀具几何参数选择： 前角 g0=4 8 ，后角 a0=12 18 ， 主偏角 45 75 ，刃倾角 l=0 ，刀 尖圆弧半径r=0.51.5mm。切削用量的选择：主轴转速n23Or/min，进给量 f0.10 0.15m

4、m/r，切削 深度ap=1.52.0mm。车削时必须注入充足的水溶性油质切 削液来降低刀具和工件的温度，提高刀具的耐用度。表 1 铣 削刀具参数刀具前角 g0()后角 a0() 螺旋角 b() 刀尖齿背备注立铣刀粗O412153045按需R形b大：切削平稳精 4815 2030 45 按需 R 形 a0 大：切削力小，机床震动小三面刃铣 刀3101215按需端铣刀 051215主偏角4575表2常规加工铳削用量刀具材料 立铳刀直径d(mm)切削速度V(m/min)进给量f(mm/min)切削深度ap(mm)切削宽度ac(mm)切削刃总长I(mm)使用机床 K30252535501000.30.

5、51.550150数控加工中心 K30>2525 351001500.30.52.550150数控加工中心表 3高效加工 铳削用量刀具材料立铳刀直径d(mm)切削速度V(m/min) 进给量 f&nb sp;(mm/min) 切削深度 ap(mm)切削宽度ac(mm)切削刃总长I(mm)使用机床 K302540 702003000.30.81.553040 强力铣加工中心 K30>2540 1203004000.30.82.5 830 60 强力铣加工中心磨削用量及刀具的选择磨削加工可获得较高精度，但由于钛合金的特有性质决定了 钛合金磨削非常困难。磨削时砂轮磨损严重，容易变

6、钝，磨 削比也较低；同时易在表面产生有害的拉应力及严重的表面 烧伤现象，因此应尽量避免磨削加工，以精铣代替。磨削材 料选择：磨削钛合金选用绿碳化硅(TL)、黑碳化硅(TH)两种磨料。如出现磨削烧伤趋势，应使用人造金刚石或立方氮化 硼砂轮，其效果好，但价格昂贵。 砂轮硬度选择较软砂轮 R3、 ZR1、ZR2，粒度选择46、60为佳，选A类结合剂。磨削用 量选择见表 4。钛合金零件在磨削过程中必须充分冷却，否 则零件会变色甚至烧伤。磨削液除具有冷却、润滑和冲洗作用外，更重要的还在于能有效地抑制钛与磨料的粘附和化学反应。表4磨削用量磨削方法砂轮速度 v(m/s)工作台速度 V1(m/min) 工件速

7、度 V2(m/min) 磨削深度ap(mm)横向进给fa(mm/st)纵向进给fb(mm/r)(砂轮宽度 B)平面磨粗151810200.025 0.0350.54.0 精 15186120.010(最大)0.5 4.0 外圆磨粗 151815300.025O.0351/5B 精 151815 300.010(最大)1/10B注：横向进给 fa(mm/st)指工作台每单 行程砂轮对工件横向移动量；纵向进给fb(mm/r)指工件每旋转一转，砂轮对工件纵向移动量。钻削用量及钻头的选用钛合金钻削材料应选择具有足够的硬度、强度、韧性、耐磨性及与钛合金亲合能力低的材料，主要为 W6Mo5Cr4V2 、W

8、6Mo5Cr4V2Al 、W12Cr4V4Mo 、 W2Mo9Cr4VCo5 和 YG8、K30 等。钻头的几何形状，应注 意：表 5不同规格钻头的螺旋角钻头直径 D： (mm)266 181850螺旋角 b： ()43 4540423540表 6钻头 直径与外缘处后角 af的关系钻头直径 D: (mm)266 181850外缘处后角 af： ()172015181215表 7 钻头直径 D 与倒锥度的关系钻头直径 D： (mm)266 1818 50 倒锥度： (mm/100mm)0.03 0.050.04 0.080.05 0.12表8钻头直径 D 与切削用量的关系钻头直径 D： (mm)

9、 主轴转速 (r/min) 进给量 f(mm/r)3650 4500.040.063 6450 3500.06 0.116 10350 3000.07 0.1210 15250 2000.08 0.1415 20180 1500.11 0.1520 25120900.120.20表 9铰削用量刀具材料铰刀直径 D (mm)主轴速度n(r/min)每齿进给量ar(mm)铰削余量 (单边 )ap &nbs p;(mm)M4210250 1200.020.04粗铰：0.100.15>10 20120800.025 0.050 精铰：0.05 0.10K3010800 4000.020.

10、04粗铰： 0.10.2>10 20400 2000.025 0.050 精铰：0.05 0.10 适当 增大钻头顶角，顶角范围由 118 120 增加到 135 140 ，其目的是增强切削部分并使切削厚 度增加，改善钻削效果。选择合适的螺旋角b，b 角增加，前角也增加，切削轻快，易于排屑，扭矩和轴向力也小，见 表 5。增大钻心厚度，以提高钻头强度。钻心厚度一般为： K=(0.450.32)D，D 为钻头直径。增大钻头外缘处后角，可 以使横刃锋利，改善切削性能，特别对钻心处的钻削加工有 明显改善，外缘处后角选择见表6。加工成倒锥 K ，减小棱带同孔壁摩擦，使钻头切削时扭矩减小，提高效率，

11、倒锥度 见表 7。钻削用量见表 8。钛合金进行钻削和攻丝加工时最 好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆。钻削 浅孔时，可用电解切削液；钻削深孔时，可用 N32 机械油加 煤油，也可用硫化切削铰削用量及刀具的选用钛合金铰孔是最后一道精加工工序，不仅要考虑生产率的问题，更重要的是要保证 孔的加工质量 （精度和表面粗糙度 ）。为此必须保证刀具质量， 合理选择切削用量，注意铰刀与钻铰模的协调和正确的操作 技术。通过钻孔 扩孔（粗铰） 精铰的加工方法， 一般都能满足产品零件规定的要求。 刀具材料一般选用 M42 高速钢或硬质合金 K30 。刀具的几何参数为：前角g0=37，后角 a0=1218

12、，主 偏角 =518，刃倾角 1=0。校准 部分刃带宽度b=0.050.15mm ,过宽容易同钛合金加工表面 粘结，过窄容易在铰削时产生振动。铰刀齿数Z=48（铰刀直径为1020mm）。我们加工的肋和接头，因加工的 两孔跨度较长，同轴度要求较高，为此专门设计了加长钻头 和铰刀。切削用量的选择见表 9 。铰削时应不断地注人冷却 润滑液以获得较好的表面粗糙度，同时应勤排屑，及时清除 铰刀刃上的切屑末，铰削时要匀速地进退刀。攻丝用量及刀具参数的选钛合金攻丝时会产生很大的挤压变形，作用在螺纹齿侧的摩擦力加大，这样不但使加工出 来的螺纹表面粗糙度不好，而且丝锥容易折断。为了改变这 种情况，可以采用跳牙丝锥或改进丝锥结构（加大校正段刀齿的后角或加大倒锥度 ）的方法，以减少切削扭矩和摩擦扭矩， 增大容屑空间，改善攻丝的切削性能。另外，钛合金攻丝前 的底孔直径一般应大于标准值，而且底孔的表面粗糙度应达 到 Ra3.2m 。刀具材料和几何参数选橄丝锥材 料选用 M2Al 、 M42 高速钢。丝锥几何参数为：前角g0=58，后角