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最火氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损研究上

发布时间:2021-09-23 15:23:45 阅读: 来源:发带厂家

氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损研究(上)

在飞机制造中,钛合金用以制造翼梁、隔框和接头等重要承力构件;在发动机制造中,用以制造压气以便于操作进程中更好的实现人机磨合机叶片、压气机盘、机匣和燃料室外壳等重要零件。但钛合金属于难加工材料,切削加工性较差,限制了它的进一步推广和使用。为了提高钛合金的切削加工效率和切削质量,除了工业生产中迫切需要改善其切削加工性外,还要对钛合金的切削工艺、切削过程中的各种现象等进行深入细致的研究。众所周知,钛合金切削加工中的一个突出的问题是刀具耐用度低,容易出现缺口、崩刃、剥落等现象。近年来,我们通过大量的试验,对氮气介质下铣削和干铣削钛合金TC4时的刀具寿命和磨损特征进行了分析和研究。

1材料的切削性能

钛合金TC4的组成为Ti-6AL-4V,属于(a+b)型钛合金,其切削性能表现为:

切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3~3/4,可是钛合金切屑与前刀面的接触面积却更小,只有45钢的1/2~2/3,所以刀具切削刃承受的应力反而更大,是45钢的1.3~1.5倍,刀尖或切削刃容易磨损甚至损伤。

热传导率低。钛合金的导热系数分别是铁和铝的1/4和1/16,刀具与切屑的接触长度短,使得切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,容易造成刀具磨损加快。

化学活性高。钛合金高温时化学活性很高,能与空气中的氢、氧和水蒸气等成分起化学反应,容易在钛合金表面生成硬化层,其结果降低了工件塑性且使切屑与前刀面的接触长度减少,进一步加速了刀具磨损。

摩擦系数大。在相同条件下,钛合金材料与普通碳钢相比其摩擦系数大,切屑流经前刀面时所作的摩擦功大,导致摩擦界面温度更高,刀具易于磨损。

弹性模量小。钛的弹性模量为1078MPa,约为钢的1/2。由于钛合金弹性模量小、曲强比大,使得工件的已加工表面在切削过程中极易产生回弹,容易造成刀具的后刀面磨损加剧和工件变形。

2试验条件及结果分析

1)试验条件

机床:瑞高端设备用特种合金士MIKRON公司生产的UCP710五坐标加工中心。工件材料:钛合金TC4。刀具:M2AL高速钢立铣刀,直径12mm,3齿。铣削方式:顺铣,周铣。铣削参数:ap=6mm,ae=1mm,fz=0.08mm/z,v=30,40,50,60m/min。铣削介质:空气,氮气。刀具磨钝标准:后刀面磨损值VB=0.2mm。

2)结果分析

钛合金的干铣削

首先在空气中进行钛合金的干铣削试验,随着切遭到更多制约削速度的增加,刀具的磨损速度也在加快。对于同一切削速度,随着铣削时间的增加,铣刀后刀面的磨损也在加大。不同切削速度下的铣刀后刀面的磨损曲线形状也不相同,在切削速度50m/min和60m/min时,刀具磨损很快,磨损曲线陡直;而当铣削速度分别为30m/min和40m/min时,刀具磨损较慢,磨损曲线较为平缓,其中切削速度30m/min时的刀具寿命是60m/min的26.18倍。

在热塑性聚酰亚胺工程塑料树脂氮气介质下铣削钛合金

在钛合金的铣削过程中,对铣刀和铣削区喷射高压氮气,以观察铣刀的磨损性能。在不同切削速度下刀具的磨损曲线形状也存在着很大的差别。刀具在30m/min、40m/min、50m/min、60m/min切削速度下的刀具寿命依次减少,其中切削速度30m/min下的刀具寿命是60m/min的25.48倍,因此,在氮气介质下铣削钛合金时,切削速度依然是影响刀具寿命的重要因素。

干铣削和氮气介质下铣削钛合金时刀具后刀面磨损情况的比较

切削速度为30m/min时,干铣削的刀具寿命为92.71min,而氮气介质下铣削时的刀具寿命为258.85min,氮气介质下铣削钛合金的刀具寿命大约是干铣削时的2.79倍。

切削速度为40m/min时,干铣削的刀具寿命为51.41min,而在氮气介质下的刀具寿命为123.92min,氮气介质下的刀具寿命大约是干铣削的2.41倍。

切削速度为50m/min时,干铣削的刀具寿命为13.30min,而在氮气介质下铣削时的刀具寿命为33.33min,氮气介质下的刀具寿命大约是干铣削的2.51倍。

切削速度为60m/min时,干铣削时的刀具寿命为3.54min,而在氮气介质下铣削时的刀具寿命为10.16min,氮气介质下的刀具寿命大约是干铣削的2.87倍。

总之,在氮气介质下利用M2AL高速钢铣削钛合金TC4时,刀具的磨损状况比干铣削时得到显著改善,刀具寿命提高一倍以上,因此,就刀具寿命而言,钛合金在氮气介质下进行铣削比干铣削具有明显的优势。

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