钛合金TC17及其加工特点

钛合金TC17及其加工特点钛⑴是同素异构体,熔点为172()lC，在低于882.5'C时昱密扌II：沢”晶格结构，称旳«钛,在m-CW上翟休心立//晶恪站构•称为卩U-利用U的上述M种不同納构的济门特总淙加AkSn.Zr,V、Ma、Mn.Fe、Cr.Cu.£i等含金元素可■得到不同类型的钛合金*根据组參I結构不同•钛泮金|J以分対以下3大类:⑴a钛合金.密钛合金组织稳定.有很好的高温性能和良好的焊接性，但强度低，热加工性差°(2］ 金.卩认倉金的室温强性儿有良好的塑性.但其耐鈕性和焊接性都较差°⑶⑴卩饥合金.Q卩饥件金的强度介「」饥合金与卩饥合金之间’苴综合机械性能较好°就切削加门性而言,a钛含金的切削加I：性能最好,最容易切削，血0钛含金次之,［5钛合金最差.各个国家都对钛合金有着不同編号.我国釆用TA代农a钛合金，TB代蛊卩钛合金，TC代表cup钛合金“TC门饥件金卩是-种近卩型合金，名义诞彷是Ti-晞I邙n-2Zr-4Mo-4E!［体应分如也「岫：小-柯和|iAl,Sn和Zr时加人强化「c(相，改善『蠕变打丿•缓和「卩和的时效特征.Mo和6元索确保女尅閒的翅处理和泮透性.TC门变形饮合金在强度、泮透性、疫劳和断裂韧性"面可以达到很好的半衡［叭<*<I.L蚀合金TC17的化学成分何厲)朵质氏 匚X II O Others4.5-5.5 1.6-2.4 朵质氏 匚X II O Others4.5-5.5 1.6-2.4 1.6-2A ^.5-4.5 ?.54.5企{).3 {).05 {).{)? ().0L25 O.O8-O.13 {).?Ti&L2人3种□屮饮合金的物理参数计出叫乩A1.2叽丄看小、相比常见的饮合金TC4.TCJ7在抗拉强度和硬度"面与之有较大不同,抗拉强度比TC4A厂约270MPa,而硬度值比TC4和TCJ1别皿］»⑴IIR匚和7HRC这些与兀4不同的物理特性决定『其切削加I：性史姜*TCJ7A有良好的综合性能，在各种航空发动机的凤扇和压气机盘件上已经得到广泛的应用.但是在实际加匚时敷率比较低，切削速度还在低(<50m/min)±内.极大的影响了诫仟金TCI了的曲川.所以提高其加工效率，研究其高速切削是其重要任务.ftJ.2几种钛合金的物理参数对比材料密度热导率W/m・K抗拉强度MPj延伸率醪弹性模虽Gpa熔点C硬度IIRCTC44.407.9595015ILO140030TCII4.4S7.9?J23OS120133TC174.68S.2121912M2IMO4{)1丄2钛合金TC17的切削加工特点认合金TC17ISIK许多优舍的特性而在航空领域有着广泛应用.但是.认件金是-种典型的难加工材料〔叫有着同其他钛合金共同的难切削加工特性：导热秦数小、高温优学活性大、弹性模量低、与其他金属材料摩擦系数大等。目前，国内外有许多学者针对钛含金的难加匚特性硼究「-些特殊加「-"式,并取符-些成思但餐统的切刖加I』式仍懿无可取代,车、铳等传统加丁--7式仍然是其最主要的加I一“式=切削加「-钛合金丁口了的困难主要休现在以F几个"面:钛合金TCJ7比强度高』硬度值比普通钛合金醴高』所以荃求加工的设备有较大功率,切ijil用的刀具应I'有较高的强度和硬度.⑵刀尖处应丿"；：与45钢比，切削钛含金的出只有其2/3-3/4.也是钛合金切削时切屑和前刀面之间的接触面积岂小,和45钢相比,只有其」坨〜2/3,刀具切削刃上的单位应出便僉岂大，刀尖和切削刃虫容易发主磨损・⑶认泮金TC17有较人摩擦吏数但是其导如率很低1只有和常见冰合金丁匸4相当；切削热积在切削刃处很小的区城内不易散发』导敷钛合金切削时温度非常高，加快f刀具磨损°〔4)钛合金TCJ7的弹性模量比较低(^}112GPa)5已加工农面回弹尢也会加剧刀具后刀面的磨损.⑸钛合金TCJ7在高温条件下有很高的化学活性，在切削加工时易与空气中的O、N等元素发生反应，生成的硬化层会加剧刀具磨损.(6＞钛合金T匸17切削加工时，工件材料极易与刀具表面粘结；在高温和压力作用下还会发主刀具与「-件的扩散,扩哉也是致使刀具磨损加剧的因盍之综上所述.钛合金丁07作为•种性雄优良的材科,在航空航天匚业和其他I［业部门用途广泛,但加「-效率和加工成本成为f影响其应用的瓶颈。目前在卖际主产中钛含金切削加.「-效率还比较低，采用普通刀具切削钛合金其速度还停留在低速范圉之内，国内在兀口切削加I：性的硼究"面,应用的加匚速度普遍低于SOm/min,较低的切削速.度限制『丁心7的加1一效率，而TCI7在高罐下的加工性能还存在一些问题，如相关研究较少、高速加工毓少数据支撑和高速切削时刀具磨损严重等。所在提高切削速度和加工效率的前提下延长刀具寿命是钛合金TG7切削加匚硼究中的首要任务,为此"必须硼究钛仔金丁口7的高速切削加I-性°切削加工是机械制造领域最常见也是应用最广泛的加匚技术，目前机械行业90%甚至史多的加工工作都由切削加工来完成叫高速切削加工技术是•种高效率的新技术,它使用比常规切削要高得多的切削速度进行切削加匸，高速切削加工技术不仅可以加工铸铁、钢、有色金属、高强度复合材料等,还能够用来加工许多难加工材料,如高温合金、钛合金等。近年来，高速切削技术作为当今世界机械制造业中•项迅速发展的高新技术，彼越来越多的匸程技术人员认可⑹。高速切削起源于20世纪20年代后期。当时,徳国的萨洛蒙(CarlSalomon)博士对高速切削做r•系列的模拟实验，并于1931年发衣「著名的高速切削理论，即高速切削假设理论。萨洛蒙博士指出：在传统的切削速度范用内进行切削，切削温度会升高。对于每种材料，有•个速度范圉，在此范围内切削时切削温度特别高，以至于任何刀具都不能进行切削，这个区域不能够进行切削，彼称为“死区”.但是，当切削速度继续升离到•定程度，不仅切削温度不会随着速度的增加而升高，反而会汕现下降的趋势，同时切削力也会降低■:图1.1所示即为著名的萨洛蒙曲线⑺。VJUm度VJUm度uAm/min)P二赳利豆S图1.1萨洛蒙曲线目前，各国对高速切削加工的定义还没有达成统•，对高速切削速度范围的界定也没有作出统•的规定。通常把切削速度和进给速度比常规高出5~10倍以上的切削加工叫高速切削加工叫对于不同的材料切削速度的范围是不一样的。图12所示即为几种典型材料的高速切削速度范围叫对于本文所加工的对象TCI7来说,其高速范围应该在100m/min以上。图1.2不同材料的高速切削速度范圉122高速切削加工的特点长期以来，高速切削受到人们的重视，这与其特点和优越性是分不开的。与常规切削加工相比，高速切削的优点主妥衣现在以下几点：（1） 随着切削速度的人幅捉高，材料切除效率人幅度增加，可达到常规切削的3-6倍，从而极人的捉高机床的效率。（2） 高速加工时，由于机动时间、辅助时间以及非切削空行程时间的人幅度减少，因此单位时间内材料的去除率犬犬提高，通常可达別常规切削的3~6倍，极人地提高了机床的生产效率。（3） 切削力人人降低。当切削速度捉高到•定程度后，切削力可降低30%以上。尤其是径向切削力的减小和工件加工变形的减小，有利于捉高薄壁件的加工精度。（4） .1.：件的热变形减小。高速加工理论研究衣明：当切削速度达到•定数值后，随着切削速度的捉高，切削温度范圉会降低，而对于不同材料而言，这个速度范圉是不同的，如图I」所示。高速切削时，95%~98%以上的切削热来不及传递给工件，而彼切屑飞速带走，工件基本上保持冷态，因此高速切削特别适合加工容易产生热变形的零件。（5） .1：件振动小。由于切削力小而且变化幅度小，机床的激振频率远人于加工工艺系统的固有频率，振动对衣面质量的影响很小，有利于捉高零件的衣面质量。（6） 可加工各种难加工材料。银基合金和钛合金材料的强度大、耐冲击，加工中容易硬化,切削温度高，刀具磨损严重,常规加工难以实现且切削效率很低，用高速加工技术可以解决这类材料的加工问迦.既龍获得较高的农面质量，又能有较高的生产效率.（7）主产成本降低■「I0产成本的降低休现在以卜儿亍"面:零件的加L时间缩短;「-件-次装夹后旣可以进行粗加工,也可以进行精加丁-；由于切削力和切削温度的降低,使徘刀具磨损降低，使用寿命延13而刀具的造价在匚件加工成本中山有定的比例。高速切削可以实现且切代磨•用切削工艺代替磨削工艺具有刀具结构简优，工艺灵活性强.节省能源誓优越性，这些都使得「-件的加「-咸本降低。与常规加I】匸艺比较‘町以简化加工匸序从而降