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钛合金TC11精密切削加工工艺研究

日期：2015-03-30 09:22:14 作者： 来源： 浏览次数：0
     钛合金TC11精细切削加工技术研讨

    　　钛合金具有密度小，强度高，比强度大于超高强度钢;并且热安稳性、抗腐蚀性好，高温强度高;在300～500℃温度下，其强度约比铝合金高10倍等特色，现已广泛应用于航天、航空及导弹发动机商品上。特别是(α+β)钛合金能进行淬火、时效使合金强化，热处理后的强度比退火状况进步50%～100%。并且具有杰出低温耐性以及杰出的抗海水腐蚀、抗热盐应力腐蚀才干，运用的愈加广泛。

    　　可是，因为钛合金具有切削变形系数小(变形系数小于或挨近1)，切削加工进程切屑在前刀面上滑动冲突的路程增大，加快刀具摩损;同时切削温度高，切削力大，易发生外表蜕变污染层，因为钛的化学活性大，易与各种气体杂质发生激烈的化学反应，如O、N、H、C等侵入钛合金的切削表层，致使表层的硬度及脆性上升。别的尚有TCi、TiN硬质表层的构成;在高温时构成表层安排α化层以及氢脆层等外表蜕变污染层。形成表层安排不均，发生部分应力会集，下降了零件的疲劳强度，切削进程也严峻损害刀具，发生缺口、崩刃、脱落等表象;亲和性大，切削时，钛屑及被切表层易与刀具资料咬合，发生严峻的粘刀表象，导致剧烈的粘结磨损;并且钛合金安排不行安稳等缺点，给切削加工特别是精细切削加工带来许多艰难，所以又称之尴尬加工金属。因此，对钛合金精细切削加工的技术研讨，是一个亟需处理的疑问。

    　　尾管壳体(如图1所示)是笔者厂里某商品中一个关健功能零件,因为在作业状况时有必要接受高温高压，其机械功能需求为抗拉强度Rm≥1030MPa，延伸率A≥9，为满意其功能需求，商品规划上选用钛合金TC11制造，是一种典型的薄壁轴类管状零件。经过对其精细切削加工技术的优化规划，完成了钛合金TC11精细切削加工。


    　　1  钛合金TC11切削加工特色

    　　TC11钛合金是归于(α+β)型Ti合金。其安排由密排六方构造α相和体心立方构造的β相构成，相对别的金属，织构愈加显着，各向异性更强，这给钛合金的出产和加工带来较大的艰难。其切削加工进程特色如下：

    　　(1)切削力大、切削温度高。因为钛合金密度小，强度高，切削进给切应力大,塑性变形功大,因此切削力大、切削温度高。

    　　(2)加工硬化严峻。钛合金加工硬化的缘由除塑性变形外，还因钛在高的切削温度下吸入氧、氮，发生空隙固溶以及高硬度质点对刀具的冲突效果激烈所致。

    　　(3)简单粘刀。钛合金在高温下化学亲和力强，加之大的切削力，更促进了刀具的粘结磨损。

    　　(4)刀具磨损较为剧烈。鸿沟磨损是切削钛合金时刀具磨损的显著特色。

    　　2  工件剖析



    　　3  技术方案

    　　3.1  技术道路

    　　技术道路的拟定以“先粗后精，先内后外”，减小精加工时的变形，进步加工精度为准则。在前期的试制进程中，技术道路为：下料、车长度、粗车外形、钻孔、粗镗孔、精车内形、精车外形。

    　　因为钛合金导热性差，密度及比热均小，切削温度高;且与刀具化学亲和力强，简单粘刀而使切削艰难。实验证实，钛合金的强度愈大，其切削加工性愈差。所以在加工进程有必要选用与钛合金化学亲和性小、导热性好、强度高的钨钴类硬质合金。

    　　粗车选用YG8、半精车选用YG6、精车选用YG3X。钻孔选用硬质合金麻花钻(焊YG6硬质合金)。

    　　3.2  存在疑问

    　　(1)选用硬质合金麻花钻钻孔时，切削温度适当高，钻头磨损严峻，并且加工进程热应力添加，直接影响到后续精加工的精度。
    　　(2)工件变形大，机加尺寸难以操控。
    　　(3)同轴度超差状况严峻，工件合格率低，均匀合格率只要50%。
    　　(4)出产功率不高，刀具磨损较大，出产成本较大。

    　　3.3  处理方案

    　　3.3.1  从头挑选合理的刀具

    　　经过对资料及加工进程的研讨，决议选用肯纳HTS-C机夹式钻头(喷吸钻)进行钻孔;该钻头能供给强有力的冷却，并配备可转位PVD涂层整体硬质合金刀片和排屑槽及硬质合金导向钻。经过实验，该钻头选用专门加工难加工资料的KC720和KC7215刀片(表里侧刀片)，对钛合金进行钻削，出产功率进步60%，并且钻削后的工件不发热、不变形，对后续加工没有应力影响，对周围环境不发生污染，如图2。


    　　3.3.2  变形缘由剖析及对策

    　　机加进程发生变形的首要缘由是因为钛合金安排应力而形成。在前期的试制进程中,虽然技术采取了先粗后精，先内后外的加工技术,可是没有充分考虑钛合金安排不安稳的要素,形成了机加进程工件变形,尺寸难以操控的表象。怎么减小钛合金机加进程的变形操控为最小,是一个难题。

    　　经过重复实验,咱们在工件粗加工后添加一道时效退火工序。在不下降工件机械功能的前提下，经过细化晶粒，然后到达细化安排，消除内应力，使其安排到达安稳状况。

    　　热处理标准如下：时效温度530℃，保温时刻4～6h。确保Rm≥1030MPa，A≥9%。经过多个批次的实验，其抗拉强度Rm遍及高于1030MPa，延伸率A悉数大于9%。

    　　3.3.3  同轴度超差缘由及对策

    　　针对同轴度超差而形成的工件合格率不高的状况，经过对工件资料及加工技术进一步剖析发现：工件为管状薄壁件，归于典型的易变形难加工金属，只要进步悉数技术体系刚度才干有效地处理其加工疑问。

    　　(1)在内孔加工时，采取了合理设置技术台阶法，以具有必定刚性的技术台阶作为工件的装夹、定位基准，有效地处理了加工内孔变形疑问，见图3。


    　　(2)在进行外圆加工时，采取了填充防振物机械加工办法，即在工件半精车外形工序时，夹持部位填充硬性垫块，防止工件变形;在工件的内孔中填充软性橡胶管或发泡资料，使其在加工进程与其内壁贴合一体，然后到达添加工件刚性的效果，见图4。


    　　(3)为确保工件的同轴度需求，在最后一道精车外形工序时规划了一套过定位夹具，用来进步工件的刚性，见图5。


    然后形成工件的同轴度超差。所以在夹具的规划上，为确保工件的刚性选用过定位装置，既将工件的悉数内孔作为定位基准，虽然在理论上发生过定位表象，但在实践运用上，则完全满意了工件的需求。见图6所示。


    　　依据上述TC11钛合金在切削进程中表现出的特征以及该合金难以切削的机理，联系出产实践中难加工资料的加工办法和经历，从头拟定了切削加工技术道路如下：下料——平端面——钻孔——粗车内、外圆——时效及机械功能查验——车基准——半精车小头内孔，半精车大头内孔——精车内形——半精车外形——平总长、精车小端——精车外形。

    　　选用此技术办法加工的钛合金零件尾管壳体完全符合规划需求，零件合格率达98%以上。有效地处理了钛合金的精细切削加工变形疑问。

    　　4  结语

    　　钛合金的切削性很差，怎么改进和进步其切削性是个难题。这篇文章经过对钛合金零件尾管壳体的切削技术办法剖析，完成了钛合金零件的精细切削加工，有效处理了钛合金TC11薄壁筒形零件车削变形、刀具磨损等加工难点。对于薄壁钛合金零件的加工技术有了进一步的知道和了解，为往后钛合金零件的加工积累了必定的经历。
    关键词：精密合金工艺

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