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鈦合金的加工方法和所用刀具

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-8-7 10:53:57
鈦合金的優良特性使之成為具有強大吸引力的零件材料,但其中許多屬性同時也影響著它的可加工性。鈦合金具備優良的強度-重量比,其密度通常僅為鋼的60%。鈦合金的彈性系數比鋼低,因此質地更堅硬,撓曲度更好。鈦合金的耐侵蝕性也優于不銹鋼,而且導熱性低。這些屬性意味著鈦合金金屬在加工過程中會產生較高和較集中的切削力。它容易產生振動而導致切削時出現震顫;并且,它在切削時還容易與切削刀具材料發生反應,從而加劇月牙洼磨損。此外,它的導熱性差,由于熱主要集中在切削區,因此加工鈦合金金屬的刀具必須具備高熱硬度。
 
由于鈦合金金屬在高溫下仍能保持其硬度和強度,因而切削刃會遭遇高作用力和應力,再加上切削區中產生的高熱,就意味著很可能出現加工硬化,這會導致某些問題產生,特別是不利于后續切削工序。因此,選擇最佳的可轉位刀片牌號和槽形是加工能否取得成功的關鍵。過去的歷史證明,細晶粒非涂層刀片牌號非常適用于鈦合金金屬加工;如今,具有PVD鈦合金涂層的刀片牌號更可大大改進性能。但在實際銑削加工中,鈦合金金屬加工所需的條件不容易全部滿足,因為理想的穩定條件并不總是具備。此外,許多鈦合金零件的形狀復雜,可能包含許多細密或深長的型腔、薄壁、斜面和薄托座。要想成功加工這樣的零件,就需要使用大懸伸、小直徑刀具,這都會影響刀具穩定性。在加工鈦合金金屬時,往往更容易出現潛在的穩定性問題。
 
穩定性是成功的關鍵所在。某些機加工車間發現鈦合金金屬難以有效加工,但這種觀點并不代表現代加工方法和刀具的發展趨勢。之所以困難,部分是因為鈦合金金屬加工是新興工藝,缺少可借鑒的經驗。此外,困難通常與期望值及操作者的經驗相關,特別是有些人已經習慣了鑄鐵或低合金鋼等材料的加工方式,這些材料的加工要求一般很低。相比之下,加工鈦合金金屬似乎更困難些,因為加工時不能采用同樣的刀具和相同的速率,并且刀具的壽命也不同。即便與某些不銹鋼相比,鈦合金金屬加工的難度也仍然要高。我們固然可以說,加工金屬必須采取不同的切削速度和進給量以及一定的預防措施。其實與大多數材料相比,鈦合金屬也是一種完全可直接加工的材料。只要鈦合金工件穩定,裝夾牢固,機床的選擇正確,動力合適,工況良好,并且配備具有較短刀具懸伸的ISO 50主軸,則所有問題都會迎刃而解——只要切削刀具正確的話。
 
必須考慮振動和熱。非理想環境還包含其它因素,其中之一就是,大多數機床目前裝配的是IS0 40主軸。如果高強度地使用機床,就無法長時間保持新刀狀態。此外,如果零件結構較復雜的話,通常就不易有效夾緊。當然挑戰還不止于此,切削工序有時必須用于全槽銑、側削或輪廓銑削,所有這些都有可能(但并非必定)產生振動及形成較差的切削條件。重要的是,在設定機床時,必須始終注意提高穩定性以避免振動趨勢。振動會造成刀刃崩碎、刀片損壞并產生不可預見和不一致的結果。一種改進措施便是采用多級夾緊,使零件更靠近主軸以有助于抵消振動。圓刀片銑刀適用于銑削鈦合金金屬,因為它們的主偏角可適當變化。只要為這些銑刀配備專用刀片并應用正確的切削參數,一般情況下就能提高穩定性和總體性能。每齒進給量應設定最小值,這一點至關重要。與其他大多數金屬材料加工相比,鈦合金加工不僅要求更高,而且限制更多。這是因為鈦合金所具有的冶金特性和材料屬性可能會對切削作用和材料本身產生嚴重影響。但是,如果選擇適當的刀具并正確加以使用,并且按照鈦合金加工要求將機床和配置優化到最佳狀態,那么就完全可以滿足這些要求,并獲得令人滿意的高性能和完美結果。傳統鈦合金金屬加工過程中碰到的許多問題并非不可避免,只要克服鈦合金屬性對加工過程的影響,就能取得成功。
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