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13992770687鈦合金結(jié)構(gòu)件的加工難點(diǎn)以及弱剛性結(jié)構(gòu)加工變形影響因素,從機(jī)床的選用、刀具的選用、有效的冷卻等幾個(gè)方面提出了弱剛性結(jié)構(gòu)件加工變形的控制方法。鈦合金材料具有輕質(zhì),高強(qiáng)度、耐高溫等優(yōu)異性能,如:用TC18鈦合金代替高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼用于起落架,可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)減重15%左右,因而在國(guó)外先進(jìn)飛機(jī)的主承力件大量使用了新型高強(qiáng)度鈦合金,如:美國(guó)的B-1轟炸機(jī)的機(jī)體結(jié)構(gòu)材料中,鈦合金約占21%;俄羅斯的伊爾-76飛機(jī)用鈦量達(dá)到了機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的12.5%,從發(fā)展趨勢(shì)看,歐美各國(guó)對(duì)于鈦合金的使用量正在逐漸增加,同時(shí)也表明大量使用鈦合金,特別是一些新型鈦合金已成為航空設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。但是航空航產(chǎn)品大多采用薄壁零件,其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,精度要求高,由于壁薄造成零件剛度較差,在切削力的作用下,易產(chǎn)生加工彎曲變形,壁厚尺寸上下不一致、導(dǎo)致超差。目前企業(yè)中常用的方法是在精加工反復(fù)銑削,由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小,彈性模量低(約為鋼的1/2),化學(xué)活性高,較小的余量根本就無(wú)法銑削掉,往往產(chǎn)生“少切”現(xiàn)象,為了保證零件尺寸只能靠手工打磨,大大增加了零件的加工周期,且有可能使零件表面產(chǎn)生過燒現(xiàn)象。
一.鈦合金結(jié)構(gòu)件零件的切削加工解決方案
影響鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)加工的主要因素有:機(jī)床剛性,刀具的選用、工藝參數(shù)、有效的冷卻等。在加工過程中,各種因素作用,交互影響,變形誤差的累積致使加工出的弱剛性結(jié)構(gòu)件超差,加工變形難以控制。
2.1 機(jī)床的選用
機(jī)床-夾具-刀具的系y剛性要好,機(jī)床各部件間的間隙要調(diào)整好,主軸徑向跳動(dòng)要小,盡量采用這樣機(jī)床。
2.2 刀具的選用
切削生產(chǎn)率的提高主要是發(fā)展和應(yīng)用新型的刀具材料的結(jié)果。過去幾十年里,切削刀具有了很大的發(fā)展,包括硬質(zhì)合金涂層,陶瓷,立方氮化硼,多晶金剛石。這些用來(lái)加工鑄鐵、鋼和高溫合金是有效的。但是沒有一種刀具能夠改善鈦合金的切削加工性,這是因?yàn)榍邢麾伜辖鸬牡毒卟牧弦缶哂蟹浅V匾男阅?,這些包括:1)良好的熱硬性以抵抗很高的應(yīng)力;2)良好的導(dǎo)熱性以降低熱梯度和熱沖擊;3)良好的化學(xué)惰性以降低與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的趨勢(shì);4)良好的韌性和抗疲勞能力以適應(yīng)切屑分割過程。在幾乎所有的鈦合金切削加工過程中,碳化鎢類(WC/co)硬質(zhì)合金刀具被認(rèn)為是性能最好的。一些試驗(yàn)表明所有的硬質(zhì)合金涂層刀具其磨損率大于那些未涂層的刀具。雖然現(xiàn)在的陶瓷刀具質(zhì)量已經(jīng)得到了提高并且越來(lái)越多的用于加工難切削材料,尤其是那些高溫合金(例如鎳基高溫合金),但是由于其導(dǎo)熱性能差、斷裂韌性低并且與鈦發(fā)生反應(yīng),所以他們并沒有取代硬質(zhì)合金和高速鋼。超硬切削刀具材料(立方氮化硼和多晶金剛石)在切削鈦合金時(shí)的磨損率低,因而顯示出良好的性能。
鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)件銑削過程存在的主要問題是薄壁的銑削變形問題。由于鈦合金的彈性模量低,而切削力相對(duì)較大,所以薄壁在銑削過程中受到銑削力的作用很容易產(chǎn)生讓刀變形,其結(jié)果是加工后薄壁的實(shí)際厚度大于理論厚度。解決這一問題應(yīng)該是盡可能的減小在銑削過程中薄壁所受的來(lái)自于垂直被加工表面方向的造成薄壁讓刀變形的力。
2.3 切削液
鈦合金具有強(qiáng)度高、抗氧化性、耐高溫等提點(diǎn),在滿足高性能使用要求的同時(shí),也給切削加工帶來(lái)了很多的難題。在切削鈦合金時(shí),為了降低切削溫度,應(yīng)當(dāng)向切削區(qū)域澆注大量的以冷卻為主的切削液,用以把刀刃的熱量帶走和沖走切屑,以降低切削力。因此對(duì)切削液的要求是導(dǎo)熱系數(shù)大、熱容量大、流速快、流量大。冷卻最好的方法就是高壓冷卻法,切削液流量不小于15~20L/min。一般使用的切削液有三類,即水或堿性溶液,水基可溶性油質(zhì)溶液和非水可溶性油質(zhì)溶液。
二.鈦合金結(jié)構(gòu)件切削加工的難點(diǎn)
1.1 切削溫度高
因?yàn)殁伜辖鸩牧系膶?dǎo)熱系數(shù)?。s為鋼的1/3~1/6),在加工鈦合金時(shí)易產(chǎn)生高的切削溫度。在相同條件下,加工鈦合金產(chǎn)生的切削熱比相同鋼要高1倍多,加工產(chǎn)生的熱量很難通過工件釋放。鈦合金比熱系數(shù)小,加工時(shí)局部溫度上升快,因此易造成刀具瞬時(shí)溫度過高,使得刀尖會(huì)急劇磨損,以至于發(fā)生過燒現(xiàn)象。
1.2 切削抗力大
切削鈦合金時(shí)的切削力與切削鋼時(shí)的切削力基本相當(dāng),因此在切削過程中消耗的能量相同或者略低于鋼。但是在切削鈦合金時(shí),主切削刃附近的應(yīng)力非常高。這可能是由于在切削鈦合金時(shí)前刀面上的刀屑接觸區(qū)域通常很?。ù蠹s是在相同條件下切削鋼的1/3),較大的切削應(yīng)力導(dǎo)致工件在加工過程中出現(xiàn)讓刀的現(xiàn)象,加工出的工件尺寸不協(xié)調(diào)。
1.3 弱剛性結(jié)構(gòu)的震顫
震顫是加工鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)件時(shí)需要克服的一個(gè)重要問題,尤其是在精加工的時(shí)候,鈦合金很低的彈性模量是切削過程中引起振動(dòng)的首要原因。當(dāng)受到切削力時(shí),鈦合金的變形量是碳鋼的兩倍。后刀面與被加工面的回彈量發(fā)生摩擦產(chǎn)生振動(dòng),同時(shí)也產(chǎn)生了很高的切削溫度。切削鈦合金時(shí)很高的動(dòng)態(tài)切削力是造成震顫的部分原因,其數(shù)值可以達(dá)到靜態(tài)力的30%以上,這是由于鈦合金切屑形成過程中的塑性剪切過程造成的。由于切削震顫的影響,銑削后的工件表面質(zhì)量很難達(dá)到精度要求。
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