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鈦合金TC11精密切削加工工藝研究

日期:2015-03-30 09:22:14 作者: 來源: 瀏覽次數:0
     鈦合金TC11精細切削加工技術研討

      鈦合金具有密度小,強度高,比強度大于超高強度鋼;并且熱安穩性、抗腐蝕性好,高溫強度高;在300~500℃溫度下,其強度約比鋁合金高10倍等特色,現已廣泛應用于航天、航空及導彈發動機商品上。特別是(α+β)鈦合金能進行淬火、時效使合金強化,熱處理后的強度比退火狀況進步50%~100%。并且具有杰出低溫耐性以及杰出的抗海水腐蝕、抗熱鹽應力腐蝕才干,運用的愈加廣泛。

      可是,因為鈦合金具有切削變形系數小(變形系數小于或挨近1),切削加工進程切屑在前刀面上滑動沖突的路程增大,加快刀具摩損;同時切削溫度高,切削力大,易發生外表蛻變污染層,因為鈦的化學活性大,易與各種氣體雜質發生激烈的化學反應,如O、N、H、C等侵入鈦合金的切削表層,致使表層的硬度及脆性上升。別的尚有TCi、TiN硬質表層的構成;在高溫時構成表層安排α化層以及氫脆層等外表蛻變污染層。形成表層安排不均,發生部分應力會集,下降了零件的疲勞強度,切削進程也嚴峻損害刀具,發生缺口、崩刃、脫落等表象;親和性大,切削時,鈦屑及被切表層易與刀具資料咬合,發生嚴峻的粘刀表象,導致劇烈的粘結磨損;并且鈦合金安排不行安穩等缺點,給切削加工特別是精細切削加工帶來許多艱難,所以又稱之尷尬加工金屬。因此,對鈦合金精細切削加工的技術研討,是一個亟需處理的疑問。

      尾管殼體(如圖1所示)是筆者廠里某商品中一個關健功能零件,因為在作業狀況時有必要接受高溫高壓,其機械功能需求為抗拉強度Rm≥1030MPa,延伸率A≥9,為滿意其功能需求,商品規劃上選用鈦合金TC11制造,是一種典型的薄壁軸類管狀零件。經過對其精細切削加工技術的優化規劃,完成了鈦合金TC11精細切削加工。


      1  鈦合金TC11切削加工特色

      TC11鈦合金是歸于(α+β)型Ti合金。其安排由密排六方構造α相和體心立方構造的β相構成,相對別的金屬,織構愈加顯著,各向異性更強,這給鈦合金的出產和加工帶來較大的艱難。其切削加工進程特色如下:

      (1)切削力大、切削溫度高。因為鈦合金密度小,強度高,切削進給切應力大,塑性變形功大,因此切削力大、切削溫度高。

      (2)加工硬化嚴峻。鈦合金加工硬化的緣由除塑性變形外,還因鈦在高的切削溫度下吸入氧、氮,發生空隙固溶以及高硬度質點對刀具的沖突效果激烈所致。

      (3)簡單粘刀。鈦合金在高溫下化學親和力強,加之大的切削力,更促進了刀具的粘結磨損。

      (4)刀具磨損較為劇烈。鴻溝磨損是切削鈦合金時刀具磨損的顯著特色。

      2  工件剖析



      3  技術方案

      3.1  技術道路

      技術道路的擬定以“先粗后精,先內后外”,減小精加工時的變形,進步加工精度為準則。在前期的試制進程中,技術道路為:下料、車長度、粗車外形、鉆孔、粗鏜孔、精車內形、精車外形。

      因為鈦合金導熱性差,密度及比熱均小,切削溫度高;且與刀具化學親和力強,簡單粘刀而使切削艱難。實驗證實,鈦合金的強度愈大,其切削加工性愈差。所以在加工進程有必要選用與鈦合金化學親和性小、導熱性好、強度高的鎢鈷類硬質合金。

      粗車選用YG8、半精車選用YG6、精車選用YG3X。鉆孔選用硬質合金麻花鉆(焊YG6硬質合金)。

      3.2  存在疑問

      (1)選用硬質合金麻花鉆鉆孔時,切削溫度適當高,鉆頭磨損嚴峻,并且加工進程熱應力添加,直接影響到后續精加工的精度。
      (2)工件變形大,機加尺寸難以操控。
      (3)同軸度超差狀況嚴峻,工件合格率低,均勻合格率只要50%。
      (4)出產功率不高,刀具磨損較大,出產成本較大。

      3.3  處理方案

      3.3.1  從頭挑選合理的刀具

      經過對資料及加工進程的研討,決議選用肯納HTS-C機夾式鉆頭(噴吸鉆)進行鉆孔;該鉆頭能供給強有力的冷卻,并配備可轉位PVD涂層整體硬質合金刀片和排屑槽及硬質合金導向鉆。經過實驗,該鉆頭選用專門加工難加工資料的KC720和KC7215刀片(表里側刀片),對鈦合金進行鉆削,出產功率進步60%,并且鉆削后的工件不發熱、不變形,對后續加工沒有應力影響,對周圍環境不發生污染,如圖2。


      3.3.2  變形緣由剖析及對策

      機加進程發生變形的首要緣由是因為鈦合金安排應力而形成。在前期的試制進程中,雖然技術采取了先粗后精,先內后外的加工技術,可是沒有充分考慮鈦合金安排不安穩的要素,形成了機加進程工件變形,尺寸難以操控的表象。怎么減小鈦合金機加進程的變形操控為最小,是一個難題。

      經過重復實驗,咱們在工件粗加工后添加一道時效退火工序。在不下降工件機械功能的前提下,經過細化晶粒,然后到達細化安排,消除內應力,使其安排到達安穩狀況。

      熱處理標準如下:時效溫度530℃,保溫時刻4~6h。確保Rm≥1030MPa,A≥9%。經過多個批次的實驗,其抗拉強度Rm遍及高于1030MPa,延伸率A悉數大于9%。

      3.3.3  同軸度超差緣由及對策

      針對同軸度超差而形成的工件合格率不高的狀況,經過對工件資料及加工技術進一步剖析發現:工件為管狀薄壁件,歸于典型的易變形難加工金屬,只要進步悉數技術體系剛度才干有效地處理其加工疑問。

      (1)在內孔加工時,采取了合理設置技術臺階法,以具有必定剛性的技術臺階作為工件的裝夾、定位基準,有效地處理了加工內孔變形疑問,見圖3。


      (2)在進行外圓加工時,采取了填充防振物機械加工辦法,即在工件半精車外形工序時,夾持部位填充硬性墊塊,防止工件變形;在工件的內孔中填充軟性橡膠管或發泡資料,使其在加工進程與其內壁貼合一體,然后到達添加工件剛性的效果,見圖4。


      (3)為確保工件的同軸度需求,在最后一道精車外形工序時規劃了一套過定位夾具,用來進步工件的剛性,見圖5。


    然后形成工件的同軸度超差。所以在夾具的規劃上,為確保工件的剛性選用過定位裝置,既將工件的悉數內孔作為定位基準,雖然在理論上發生過定位表象,但在實踐運用上,則完全滿意了工件的需求。見圖6所示。


      依據上述TC11鈦合金在切削進程中表現出的特征以及該合金難以切削的機理,聯系出產實踐中難加工資料的加工辦法和經歷,從頭擬定了切削加工技術道路如下:下料——平端面——鉆孔——粗車內、外圓——時效及機械功能查驗——車基準——半精車小頭內孔,半精車大頭內孔——精車內形——半精車外形——平總長、精車小端——精車外形。

      選用此技術辦法加工的鈦合金零件尾管殼體完全符合規劃需求,零件合格率達98%以上。有效地處理了鈦合金的精細切削加工變形疑問。

      4  結語

      鈦合金的切削性很差,怎么改進和進步其切削性是個難題。這篇文章經過對鈦合金零件尾管殼體的切削技術辦法剖析,完成了鈦合金零件的精細切削加工,有效處理了鈦合金TC11薄壁筒形零件車削變形、刀具磨損等加工難點。對于薄壁鈦合金零件的加工技術有了進一步的知道和了解,為往后鈦合金零件的加工積累了必定的經歷。
    關鍵詞:精密合金工藝

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