数控加工技术论文钛合金盒体的数控加工工艺研究.docx

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数控加工技术论文钛合金盒体的数控加工工艺研究

数控加工技术论文钛合金盒体的数控加工工艺研究

【摘要】：

提出了钛合金材料的难加工特性、以及数控加工参数的选择等工艺难题，通过反复试验总结对数控加工参数、数控编程技术、刀具材料和参数进行优选，采纳低转速、快速进给、小切削量和涂层硬质合金刀的数控加工方法，达到零件的加工工艺要求。

【关键词】：

钛合金；材料特性；刀具材料；数控加工参数

StudyofNCMachiningTechnicalofTitaniumAlloyBoxAbstract：

Proposedtechnicalproblemofthedifficult-to-machinepropertyoftitaniumalloysandNCprocessingparametersection,etc.repeatedtrialsgeneralizeandselectivedpreferenceonNCmachiningparameter,NCProgrammingtechniques，toolmaterialandparameter,theNCprocessingmethodisusedofslow-speedofrevolution,rapidapproach,minimumcuttingoutputandcoatedcarbides,realizedpartrequirementofprocessingtechnic.Keywords：

titaniumalloy；materialcharacteristics；toolmaterial；NCprocessingparameter

随着科学技术的快速进展，钛合金不仅在空间技术、海洋技术等领域得到广泛应用，且在民用钛方面的应用也越来越多，而其难加工的特性在一定程度上又制约了其进展，专门是对加工刀具提出了专门苛刻的要求。

1钛合金材料的特性

钛合金材料属不易加工材料，刀具的选用、刀具路径、加工参数的匹配性不当，就会加剧刀具磨损，产生高温及应力变形，材料表面还会产生碳化，直截了当阻碍零件的加工和各项精度保证。

因此，把握难加工材料的性能，采纳合适的刀具，改进切削加工参数以及采纳适当的编程技术，成为解决该难题的关键所在。

钛合金的强度高，密度小，因此其比强度高，还有热强性好、耐腐蚀性强等特性。

钛合金的弹性模量低，约为钢的1/2，故钛合金容易产生弹性变形。

如常用的（α+β）钛合金的σb=1010～1177MPa，密度ρ=41315g/cm3，比强度σb/ρ比合金钢高。

在同样载荷条件下，比强度高的材料能够减轻产品的净质量。

钛合金的热稳固性好，高温强度高，在300～500℃温度下，比铝合金高10倍。

钛的热导率低，约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/10，约为钛的1/2[1]。

钛合金以其优良的性能，为星载机载雷达轻型化和小型化，发挥着专门的效能[2]。

2数控加工刀具的选择

钛合金在切削过程中，硬度高，强度高，合金成分多。

合金元素与碳构成各种复杂的碳化物，这些碳化物既不熔于合金中，又不集合长大，而以极细的颗粒形式弥散分布在晶界处，强化晶界，阻止在外力作用下的晶界滑移，使得合金显示超强超硬的性质。

在加工过程中，必须作更大的功，因而必定产生更多的热。

另外，其切屑专门容易粘接、熔接在刀尖及刀刃邻近，或形成积屑瘤。

它不像一般钢，切削时仅在前刀面因切屑流淌产生高热，刀屑间因扩散作用而造成月牙洼磨损。

耐热合金的高温区则在整个刀尖邻近前后刀面上，且后刀面同时损害，更促使切削温度提高，温度达1000℃以上时，使磨损加快加剧[3]。

在连续高温的切削中，粘接物、熔接物受到后续加工的冲击而被冲离，在强迫冲离的过程中，更易带走部分刀具材料，而造成刀具缺损、破旧（微崩、崩刃）[4]。

在切削过程中，切屑的形状呈锯齿状，近似粒状形状。

由此可知，在加工中切削力是波动的，从而使刀具承担的冲击载荷加剧。

此外，刀片有时也显现明显的边界（沟状）磨损。

故加工时用一样刀具材料损害专门快，使用寿命极短。

在这种恶劣的条件下，过去的体会是，往往非涂层刀片比涂层刀片成效还好些；而适应耐热钢加工的涂层，直到最近才有较多进展。

在切削耐热合金时，采纳Miracle涂层，型号为VP05RT、VP10RT和VP15TF。

Miracle涂层实际上是以专门专业技术涂覆（AlTi）N。

切削时涂层膜的中铝被氧化，形成了稳固的氧化铝爱护膜，具有优异的耐热性。

3数控加工关键工艺操纵

针对钛合金材料的专门性，进行加工前合理安排好数控加工工艺路线，是保证加工零件精度和质量的重要环节。

在编程过程中，要充分考虑加工过程中显现的问题，以规避其在生成加工程序中显现。

3.1铣削方式

关于型腔铣，采纳顺铣的走刀方式。

在切削参数承诺的范畴内，采纳较大的径向分层和较小的轴向分层加工；关于侧壁两面都需加工时候，采取台阶式来回铣削，充分利用零件的整体刚性，可提高加工效率[7]。

但在切削过程中，不承诺刀具中途停顿，切削终止，赶忙退刀，以免形成坚硬的氧化皮，加速刀具磨损。

关于加工中心，可采纳圆弧进刀和圆弧退刀的方法，减少刀具在某一点的停留时刻[4]。

3.2编程操纵

（1）进刀方式。

合理选取起刀点、退刀点、切入点和切入方式。

采纳圆弧切入方式，切入平稳，冲击力小。

如此能够保证刀具不易受到刚性损害。

幸免沿工件轮廓垂直方向进刀，在切入材料时要采纳斜插式切入，能够幸免刀具刃齿的崩损。

从而能够有效地保证后续加工及工件的精度、粗糙度等要求。

精加工时，考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以幸免切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕。

（2）走刀路径。

走刀路径对提高钛合金整体结构件加工精度有着重要的阻碍，关于具有定位功能的表面，尽可能采纳由内向外的铣削方式，如此形成内凹的微观结构，有利于定位。

关于具有单元框结构的零件，尽可能采纳由内向外或由外向内的铣削方式，以利于材料平均去除，使残余应力平均开释，并保持工件刚度的均衡性，以减小加工变形[4]。

切削路径尽可能采纳直线切削，减少在拐点处走圆弧切削。

3.3切削参数操纵

钛合金的强度高，粘性大，切削中更容易在切削区产生和积聚热量。

加之导热性差，在大切除量铣削时，有引起燃烧的危险，这确实是铣削钛合金零件一定不能选择高切削速度的缘故。

采纳小径向切入法切削钛合金零件，能极好地操纵切削温度，实现高速加工。

在工厂中使用该方法，可提高加工精度[6]。

采纳低转数、快速进给、小切削深度，使材料快速分离，可不能产生高热及大应力，刀具磨损也较小。

切削速度、进给速度、径向切深对钛合金表面粗糙度产生不同的阻碍。

随着切削速度增加，表面粗糙度在径向切深方向略有下降，而在进给方向先增加，然后下降。

3.4装夹要求

对薄壁工件在装夹时注意一个“实”字，要把底面垫实。

零件的底面为曲面，因此夹具体应设计成相同的凹面，同时满足精度要求。

装夹时，利用定位孔销定位，轮廓用辅助夹具固定，刀具路径采纳一粗一精，分多次加工到最后尺寸，或采取对称去余量法，安排进给路线。

不要使用低熔点金属及其合金（铅或锌基合金，铜、锡和镉及合金）制作的工夹具或临时紧固件。

与钛合金接触的工夹具或其他装置，必须清洁无垢。

加工后的钛合金表面，不承诺残留铅、锌、铜、锡和镉等低熔点金属。

如有残留，应使用氢氟酸和硫酸亚铁溶液认真清洗。

装卸清洗过的钛合金工件时，必须防止油脂及指纹污染，以免发生盐应力腐蚀，使钛合金工件断裂。

3.5钻孔和攻丝

（1）钻孔。

钛合金回弹性大，钻头进入工件后，受较大径向及轴向力。

钛合金化学活性高，易造成粘刀，切屑不易排除，往往产生钻头被咬住、扭断钻头等现象。

选取专用钛合金加工的高速钢钻头，通过增厚钻芯和尽量减小其长度的方法提高刚性。

加工时，幸免钻头不进给而在孔中打转，以免引起加工硬化。

实际加工中测得的孔径，比钻头直径小0.1mm左右，这是钛合金材料特性的表现之一，故钻孔可使用比标准直径大0.1mm左右的钻头。

钻孔前需用中心钻点孔，并在对刀机上检查钻头端部，操纵刀刃跳动量＜0.02mm[6]。

（2）攻丝。

钛合金攻丝加工，专门是小孔攻丝加工专门困难。

其要紧缘故在攻丝加工过程中，造成钛合金热膨胀。

另外，钛合金加工后回弹大，易造成丝锥折断。

具体可通过以下两种途径得以解决。

一是改进丝锥结构形式，将锥芯增粗和减少各段丝锥切削刃宽度，或使用跳牙丝锥能够提高刚性及减小同被加工材料的接触面积。

另外，采纳螺旋槽可增加丝锥锐利程度，减小切削力，幸免丝锥折断，有利于排屑，使冷却液能够较容易进入切削区，改善丝锥冷却及润滑性能。

并对螺纹底孔设计提出公差要求。

3.6润滑要求钛合金盒体零件在以上的几种加工方式中，下列两点需共同注意：

（1）在钻削攻丝及铣削加工时，使用的冷却液相同，不举荐使用含氯冷却液。

因为在切削过程中，切削液在高温下分解开释出氢气，被钛吸取后引起氢脆；同时，氯还可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。

（2）钻削浅孔时，可用电解切削液；钻削深孔时，用N32机械油加煤油，配比适合的具体加工参数（对比如表2、表3）。

加工状态如图1所示。

金刀具和Miracle涂层硬质合金刀具，对各加工参数分别进行试验，在加工条件良好的情形下，也可用硫化切削液。

可见，钛合金加工的冷却液配制适合，可延长切削刀具的寿命。

通过以上分析，采纳TiC（N）基硬质情形下，测得具体加工参数对比如表2、表3。

加工状态如图1所示。

4终止语

从加工后零件的检测结果及实验数据可知，使用涂层硬质合金刀，转数2500r/min、进给速度400m/ｍin、切削深度0.07mm这组数据，成效最好，差不多到达了设计工艺要求。

由此可得出如下结论：

（1）涂层硬质合金刀可满足钛合金加工条件；

（2）采纳低转速，可降低刀具磨损，延长刀具使用寿命；

（3）快进给速度，每刀刃切削在0.08mm左右，不易产生加工硬化现象；

（4）小切削量，可幸免造成切削温度过高而产生零件变形。

参考文献：

[1]邹喜洋.难加工材料的特性及其应用前景[J].金属热处理，2003，（4）：

44-47.

[2]张润逹，戚仁欣，等.雷达结构与工艺（上册）[M].北京：

电子工业出版社，2001.

[3]孙杰，李剑峰.钛合金整体结构件加工关键技术研究[J].山东大学学报（工学版），2009，（6）：

81-87.

[4]张宪.钛合金航空零件铣削加工刀具[J].工具展望，2006，（5）:

19-21.

[5]汤立民.飞机结构零件数控加工技术研讨[J].世界制造技术与装备市场，2006，（3）：

64-67.

[6]王艳，乔吉超.典型钛合金壳体零件加工工艺[J].工艺与检测，2007，（7）:

126-128.