1、钛生产加工的物理变化
钛合金生产加工的切削力仅比相同硬度标准略高的钢,但生产加工钛合金的物理变化比生产加工钢复杂得多,因此钛合金生产加工面临着巨大的困难。
由于绝大部分的钛合金的热导率很低,就只有钢的1/7,铝的1/16。因此,在切削钛合金过程中形成的热量不会迅速传递给产品工件或被切屑带走,在汇聚在切削范围,所形成的温度能够到达1000℃以上,使数控刀具的刃口迅速损坏、崩裂和形成积屑瘤,迅速产生损坏的刀刃,又使切削范围形成大量的热量,进一步缩短数控刀具的使用寿命。切削过程中形成的高温同时损坏了钛合金零件的表面完好性,会造成 零件几何精密度降低和产生比较严重减小其疲劳强度的加工硬化现象。
钛合金的弹性对零件性能而言可能是有利的,只是在切削过程中,产品工件的弹性变形是形成振动的重要因素。切削压力使“弹性”的产品工件离开数控刀具和反弹,进而使数控刀具与产品工件相互之间摩擦现象大于切削作用。摩擦过程也会形成热,加重了钛合金导热性不良问题。
生产加工薄壁或者环形等易形变零件时,这个问题就愈发比较严重,将钛合金薄壁零件加工到预期的尺寸精密度不是一件很容易的事。由于随着产品工件材料被数控刀具推开时,薄壁的局部性形变早已高于弹性范围而形成塑性变形,切削点的材料强度和硬度标准明显增加。此时,按照原先确定的切削速度生产加工就变得过高,进一步造成 数控刀具急剧损坏。
“热”是钛合金难生产加工的“罪魁祸首”!
2、生产加工钛合金的加工工艺技巧
在掌握钛合金生产加工机理的根本上,以及之前的相关经验,生产加工钛合金的具体加工工艺技巧如下:
(1)采用正角型几何形状的刀片,以减小切削力、切削热和产品工件的形变;
(2)维持平稳地进给以防止产品工件的硬化,在切削过程中数控刀具要始终处于进给状态,铣削时径向吃刀量ae应为半径的30%;
(3)采用高压大流量切削液,以保证加工过程的热稳定性,避免 因温度过高造成 产品工件表面变形和数控刀具损坏;
(4)维持刀片刃口锐利,钝的数控刀具是热集结和损坏的因素,很容易造成 数控刀具失效;
(5)尽可能的在钛合金最软的状态下生产加工,由于淬硬后材料变得更难生产加工了,热处理提高了材料的强度并增加刀片的损坏;
(6)采用大的刀尖圆弧半径或倒角切入,尽可能的把大量的刀刃进入切削。这能够减小每一点的切削力和热量,避免 局部性受损。在铣削钛合金时,各切削参数中切削速度对数控刀具使用寿命vc的影响最大,径向吃刀量(铣削深度)ae次之。
3、从刀片入手解决钛加工难题
钛合金加工时出现的刀片沟槽磨损是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨损,它往往是由于前期加工留下来的硬化层所造成的。刀具与工件材料在加工温度超过800℃的化学反应和扩散,也是形成沟槽磨损的原因之一。因为在加工过程中,工件的钛分子在刀片的前面积聚,在高压高温下“焊接”到刀刃上,形成积屑瘤。当积屑瘤从刀刃上剥离时,将刀片的硬质合金涂层带走,因此,钛合金加工需要特殊的刀片材料和几何形状。
4、适合钛加工的刀具结构
钛合金加工的焦点是热,大量高压切削液要及时准确地喷射到切削刃上,才能快速地将热量移除。市场上有专门用于钛合金加工的铣刀独特结构。