合金磨削刀具钛合金的切削加工Word文档下载推荐.docx

1、（1）比强度高：钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度（强度/密度）远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。（2）热强度高：对于钛合金，在350时TA6的巩达422MPa、TA7的b达491MPa，在500时TA8的b达687MPa；对于+钛合金，在400时TC4的b达618MPa、TC10的b达834 MPa，在450时TC6和TC7的b均达589MPa、TC8的b达706MPa，在50

2、0时TC9的b达785MPa。这两类钛合金在150500范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500，铝合金则在200以下。（3）抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。（4）低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。在-100和-196时TA4的b分别为893MPa和1207MPa，在-196和-253时TA7的b分别为1216MPa和1543MPa、TC1的b分别为1133

3、MPa和1354MPa、TC4的b分别为1511MPa和1785MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。（5）化学活性大：钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.10.15 mm，硬化程度为2030。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。（6）导热系数小、弹性模量小：钛的导热系数=15.24W（m.K），约为镍的1/4，铁的1/5，铝的

4、1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的23倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。钛合金的牌号、性能见表7-2。3钛合金有哪些切削特点？钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：（1）变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的

5、路程大大增大，加速刀具磨损。（2）切削温度高：由于钛合金的导热系数很小（只相当于45号钢的1/51/7），切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。（3）单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。（4）冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度

6、下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。（5）刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f%26lt;0.1 mm/r时，磨损主要发生在后刀面上；当f%26gt;0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合

7、金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax%26lt;0.4 mm较合适。4切削钛合金时怎样选择刀具材料？切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢（如W12Cr4V4Mo）、高钴高速钢（如W2Mo9Cr4VCo

8、8）或铝高速钢（如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al）等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。5切削钛合金时怎样选择刀具几何参数？（1）前角0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取0=515。（2）后角0：钛合金已加工表面弹性恢复

9、大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于15（3）主偏角r和副偏角r：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，一般采用r=30，粗加工时取r=45减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取r =10（4）刃倾角s：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取s =-3-5，精车时s =O（5）刀尖圆弧半径r：

10、切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般r=0.51.5mm。车削时采用负倒棱（b=0.030.05 mm，01=-100），断（卷）屑槽的槽底圆弧半径Rn=68 mm。另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高30。6切削钛合金时怎样选择切削用量？切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的

11、最佳切削温度约为480540，硬质合金刀具约为650750。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。（1）切削速度Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，核正系数见表7-3和表7-4。（2）进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取f=0.10.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此

12、不允许f%26lt;0.05 mm/r。（3）切削深度p：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取p=15 mm。车削钛合金的切削用量见表7-5。7切削钛合金时怎样选择切削液？切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大35倍，比热大1倍，汽化热几乎大10倍左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压添加剂的水溶

13、性切削液。极压乳化剂的配方为：石油磺酸钠 10 油酸 3石油磺酸铅 6 三乙醇胺 3.5 氯化石蜡 4 20号机油 70.5氯化硬脂酸 3极压添加剂的水溶性切削液的配方为：氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.50.8磷酸三钠 0.59 三乙醇胺 12亚硝酸钠 1.2 水 其余对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻丝等工序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。冷却润滑的方法最好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液流量不少于1520 Lmin。8切削钛合金时应注意哪些问题?在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：（1）由于钛合金的弹性模

14、量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。（2）如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。（3）切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。（4）禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。（5）与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐（氯化钠）的应力

15、腐蚀。（6）一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。9怎样对钛合金进行铣削？钛合金在惰性气体介质中低速铣削时，切屑变形系数大于1.0；但在大气中，铣削速度Vc=30 m/min时，切屑变形系数小于1.0，这是因为钛合金在高温铣削时，对大气中氧和氮的亲和性很大，在800高温条件下

16、，钛合金的切屑便激烈地从周围大气中吸收这些气体，产生相变并使缩短的铣屑重新伸长。钛合金铣削时温度很高，冲击力大，应选用能很好地承受交变载荷和热冲击的铣刀刀齿材料。通常选用YG 类硬质合金，也可用钴、铝超硬高速钢。钛合金铣刀的几何参数和铣削用量见表7-6和表7-7。铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀齿前面远离刀尖部分首先接触工件，刀齿切离时的切屑很薄，不易粘结在切削刃上。而逆铣时正相反，容易粘屑，当刀齿再次切入时切屑被碰断，造成刀具材料剥落崩刃。端铣刀与工件轴线间的偏移量e可决定铣刀刀齿与工件首先接触的最佳部位，顺铣或逆铣及切离时切屑厚度的大小，一般以偏移量e=（0.040.1） do为宜

17、（do为端铣刀直径）。由于钛合金的弹性模量小，顺铣造成让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。铣削时刀具与切屑的接触长度短，不易卷屑，要求刀具具有较好的刀齿强度及较大的容屑空间，否则切屑堵塞会造成刀具剧烈磨损。10怎样对钛合金进行钻孔？钻孔为半封闭式切削，对钛合金钻孔过程中切削温度很高，钻孔后回弹大，钻屑长而薄，易粘结而不易排出，经常造成钻头被咬住、扭断等恶性事故。因此要求钻头具有高的强度和好的刚性，钻头与钛合金的化学亲和性要小，最好采用硬质合金钻头，但目前最常用的仍是麻花钻，经过采取一些措施改进后，也能取得较好的效果。（1）改进钻头：为满足对钛合金钻孔的需要，应对麻花钻采取以下改进措施：加大钻

18、头顶角，2=135140；增大钻头外缘处后角，取12增大螺旋角，p=3540增大钻心厚度，取（0.220.4）do（do为钻头直径）。采用“S”形或“X”形修磨钻头横刃，横刃长度b=（0.080.1）do，同时保证横刃的对称度0.06 mm。两种形式的横刃均可形成第二切削刃，起到分屑作用和减小钻孔时的轴向力。最常用的是在麻花钻上磨出适于对钛合金钻孔的切削刃形，即钛合金群钻，其切削部分的形状见图7-1。图中外内刃顶角2和2在钻头直径do%26gt;310mm时均为130，do%26gt;1030 mm时为125外刃后角在do%26gt;310 mm时为12181030 mm时为10横刃斜角=45

19、内刃前角=-10-15内刃斜角=10圆弧刃后角aR=1820钛合金群钻的有关参数和钻削用量见表7-8和表7-9。在钻头上做出四条导向刃带，加大钻头截面惯性矩，提高刚性，还自然地形成两条辅助冷却槽，耐用度比标准钻头提高3倍左右，切削温度约降低20。同时由于导向稳定减小了孔扩张量，如3 mm的四刃带钻头钻孔孔扩张量为0.030.04 mm，而标准钻头为0.050.06 mm。（2）选择适宜的枪钻：在钻钛合金长径比大于5的深孔时，当孔径小于等于30 mm时，一般采用硬质合金枪钻，见图7-2；当孔径大于30 mm时，采用硬质合金BTA钻头或喷吸钻等。用图7-2所示枪钻钻削TC11的孔，孔深204 mm

20、（长径比约为26），可保证表面粗糙度Ra为1.6 m，生产率提高4倍，切屑呈“梅花”形或“C”形碎屑，排屑正常。用硬质合金枪钻钻长径比大于30的深孔时，在轴向施加小于100Hz的振动进行振动钻孔，可使得工件表面粗糙度Ra为0.3 m，生产率提高5倍。具体参数为Vc=17 m/min，f=0.033 min/r，振幅为0.07 mm，频率35 Hz，工件圆度4 m，表面粗糙度Ra为0.33 m。（3）选择合适的切削液：钻浅孔时可选用电解切削液，其成分为癸二酸710，三乙醇胺710，甘油710，硼酸710，亚硝酸钠35，其余为水。钻深孔时不宜选用水基切削液，因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡

21、，易产生积屑瘤，使钻孔不稳定。宜采用N32机油加煤油，其配比为3:1或3:2，也可采用硫化切削油。11怎样对钛合金进行铰孔？用高速钢和YG类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔，YG类硬质合金铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种，直齿铰刀铰出的工件孔径最大，阶梯铰刀次之，带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用，也为第二锥留下了极为稳定的余量，实际上起到了粗铰和精铰的作用；带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下，提高铰孔过程的平稳性，并使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而铰出的孔径精度比

22、阶梯铰刀更高些。钛合金铰刀的几何参数一般选用前角0=05，硬质合金铰刀取小值；后角0=10切削锥角r=1530阶梯铰刀的第二锥角为15，刃倾角s=-15为了加大钛合金铰刀的容屑空间，齿数应少于标准铰刀，齿槽角=8590各种钛合金铰刀参数见图7-3、图7-4和图7-5。钛合金铰刀的直径由铰出孔的扩张量大小来确定，一般高速钢铰刀扩张量取0.008mm，硬质合金铰刀扩张量取0.006mm。对钛合金铰孔时，粗铰余量2p=0.150.5 mm，精铰余量2p =0.10.4 mm，直径小时取小值，反之取大值。硬质合金铰刀的切削用量Vc=1550 m/min，f=0.10.5mm/r，铰孔直径大时取大值，反

23、之取小值。高速钢铰刀的铰削用量见表7-10。铰削钛合金时，最好使用切削液，常用的是电解切削液或混合油（成分为蓖麻油60和煤油40）。12对钛合金拉削时应注意哪些问题？首先，根据钛合金材料的特性和切削特点，在拉刀设计时应注意以下几个方面的问题：（1）拉刀的前后角直接影响拉刀的切削效果。用高速钢制作的拉刀前角一般取0=10，硬质合金拉刀0=8用于外拉的拉刀切削齿后角p =1012，校准齿后角k =810用于内拉的切削齿后角p =58，校准齿后角k=23高速钢和硬质合金拉刀的这两个后角相同。对于粗拉刀前后角用小值，精拉刀用大值。（2）钛合金拉刀只要条件允许应尽可能做出刃倾角，一般取s=5（3）拉刀前

24、后刀面的粗糙度Ra0.32 m。（4）校准齿上尽可能不留刃带，若需要时，其宽度应小于等于0.12 mm。（5）由于钛合金的弹性模量小，加工后回弹大，开槽拉刀刀齿宽度至少应等于或稍大于槽宽的下限尺寸，以免拉出的槽窄达不到要求。（6）拉刀卷屑台的形式与拉削高温合金的基本相同。（7）钛合金拉刀的磨钝标准一般为：粗拉刀VB0.30.4 mm，精拉刀VB0.150.2 mm。再就是选用合理的拉削用量，在保证刀具耐用度的前提下提高生产效率。高速钢拉刀的拉削速度Vc=4.56 m/min，粗拉刀的齿升量为0.060.10 mm，精拉刀为0.020.04 mm；硬质合金拉刀的拉削速度Vc=1530 m/min

25、，粗拉刀的齿升量为0.080.12 mm，精拉刀为0.030.04mm。拉削钛合金工件时必须使用切削液，一般采用油基切削液，常用的是混合油（蓖麻油60，煤油40）。还可选用另一种切削油，其成分为：聚醚30，酯类油30，N7机械油30，防锈添加剂和抗泡沫添加剂10。13怎样对钛合金进行攻丝？钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序，特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大，约为45号钢的2倍；丝锥刀齿过快地磨损、崩刃，甚至被“咬死”在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小，螺纹表面产生很大的回弹，使丝锥与工件接触的面积增大，造成很大的摩擦扭矩，磨损加剧；另外，切屑细小不易拳曲，

26、有粘刀现象，造成排屑困难。因此，解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。（1）普通丝锥：必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为：增大容屑空间，减少齿数；在校准齿上留出0.20.3 mm的刀带后，将后角加大到20，并沿丝锥全长磨去齿背中段；保留23扣校准齿后将后部的倒锥由0.050.2 mm/100 mm增大至0.160.32 mm/100 mm。当其他条件完全相同时，若将齿背宽度减小（磨去）1/22/3，攻丝扭矩下降1/41/3。（2）修正齿丝锥：修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法，工作原理如图7-6所示。由图可知，修正齿丝锥的齿形角0

27、小于螺纹齿形角1，使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角=（1-0）/2，并将丝锥螺纹做出较大的倒锥，使得摩擦扭矩大大减小，同时也利于切削液的冷却润滑。图中各角度间的关系式为：tan=tan r （tan（1/2）cot（0/2） -1）设计攻制普通螺纹的修正齿丝锥时，为检验方便，一般取丝锥齿形角0=55，切削锥角可在230730之间选取。标准丝锥的倒锥是从校准齿开始的，倒锥量为（0.050.2）mm/100 mm；修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始，并且倒锥数值远大于标准丝锥，如r =730的修正齿丝锥可达1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大，修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用，在切削锥前端时必须做出圆柱导向部，以避免丝锥刚攻入时产生歪斜，圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图7-7是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。（3）跳牙丝锥：跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣，其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积，使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝，相邻螺扣侧刃之间有较宽绰的空间，改善了容屑和切削液进入切削区的条件，提高了丝锥的耐用度；同时在制造丝锥时，砂轮外缘顶部也不需过分尖锐，改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图7-8。在相同的切削条件下经试验比较，跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的3050