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    总结钛合金铸件的加工规律和经验对生产具有十分重要的意义


     钛及钛合金是一种综合机械性能良好的工程材料,其主要性能特点是比强度高、热强性能好,耐腐蚀性能优良,在航空、航天、船舶、石油、化工等工业领域得到日益广泛的应用。中国船舶重工集团总公司七二三所生产的天线座上的壳体、传动轴等主要零件均为钛合金铸件。

      从切削刀具耐用度、加工表面的质量及切屑形成和排除的难易程度等方面来衡量,钛合金属于难加工的材料。而搜索雷达天线座精度要求非常高,加工面的粗糙度要求也高,使铸件的尺寸和形位公差要求非常严,加上天线座上各主要零件都是为了满足限制质量要求而设计的薄壁件,给机加工带来了很大的困难。总结钛合金铸件的加工规律和经验,对生产具有十分重要的意义。

      钛合金切削加工的特点由于钛合金自身的物理和化学特性,使得钛合金切削加工具有如下的特点。

      (1)钛合金的弹性模量约为碳钢的1/2,屈强比大,摩擦系数大,使得钛合金在加工时极易产生较大的回弹变形,从而影响零件的加工精度。

      (2)钛合金的导热系数小,约为碳钢的1/5,机加工时切削热量不易散发,导致切削刃上产生较大的温升,而使刀具磨损。

      (3)钛合金加工时切屑不易分离,容易与工件产生粘结现象,从而影响工件表面的粗糙度。

      (4)钛合金在高温时其化学活性很高,机加工产生的热效应会使其表面形成非常坚硬的氧化层,加快刀具磨损。

      (5)钛合金的切屑与刀具接触面小,只有碳钢的1/2,其切削刃上承受的应力约为碳钢的1.5倍,使刀具容易磨损和崩刃。

      钛合金铸件机加工时除具有上述特点外,由于壁厚通常较薄,刚性差,加工时容易产生装夹变形,而且加工余量小,划线找正困难,容易造成废品。另外,大型铸件浇铸成分不均匀,硬度有差异,会给机加工带来更大的困难。

      钛合金铸件机加工的几项原则要想获得合格的产品,钛合金铸件在机加工过程中,必须要遵守以下几项原则。

      (1)合理安排工艺路线。在粗加工前,钳工要划全线,检查所有加工面,保证各面加工余量均匀,变形的加工面要加以校正,以保证每个加工面都有加工余量;对于复杂的铸件应先加工容易出现铸造缺陷的面,以便及时发现铸造缺陷,并采取相应的补救措施。

      (2)对于自身结构刚性差的零件,可以采取铸造时增加辅助加强筋,或在粗加工前焊接辅助加强筋的方法来提高结构刚性,以减小加工变形。

      (3)寻找合适的装夹方式。钛合金加工时切削振动大,工件必须装夹牢固,防止切削时移动,但过大的夹紧力很容易使工件产生变形,如何处理这一对矛盾是能否加工出高精度钛合金零件的关键之一。装夹点要多,装夹面要大,必要时增加辅助支撑,切削过程要注意观察变形情况。

      (4)选择合适的切削参数(如切削速度、切削深度、进给量等)。切削速度要低,以降低切削刀刃的温度;切削深度要深入到氧化层以下,防止刀具磨损和崩刃;进给量要适中,这样能有效提高加工效率,降低生产成本。

      (5)粗、精加工时切削情况有很大的差别,因此切削刀具牌号要根据不同情况进行选择;但一般不要用含钛的刀具材料,因为切削时刀具和工件温度都很高,刀具中的钛很容易与材料中的钛发生亲合现象,从而影响刀具的切削性能。

      (6)冷却液具有润滑、冷却、清洗和防止粘刀等作用,合理地应用冷却液乃是提高生产率、改善被加工零件表面质量的方法之一。在普通切削条件下,用高浓度极压乳化液就可以。

      (7)选择刚性好的机床,且机床各部分间隙要调整好,机床主轴的径向跳动要小,刀具要装夹牢固,刀具切削部分要短,以减小切削振动,提高刀具耐用性。

      (8)切削过程中不能停止走刀,一旦停车时若刀刃和工件还在一起接触,就会引起钛合金工件的加工硬化,产生烧结,挤裂和损坏刀具。

      (9)通常零件应分粗、精两道工序加工,零件精度要求特别高,中间还应安排去应力的热处理工序和半精车工序,以保证精度要求。

      3车削和镗削加工的要点车削和镗削加工情况很相似,工件装夹和找正的方法也基本一样,刀具的角度也一样,其加工要点如下。

      (1)车削和镗削加工时首先要选择好刀具材料,在切削钛合金坯料外表层时,温度过高的钛屑和刀具表面的摩擦,能使刀具表面受到严重的磨损,坚硬的氧化层能使硬质合金刀面受损,这就要求刀具材料在高温下仍能保持足够的硬度和良好的耐磨性、耐热10H等硬质合金刀具,精加工时用YG8W、等硬质合金刀具。

      (2)要磨好车刀和镗刀,前角V为10°~另外,粗加工时切削速度要低,切削深度要深,刀尖圆弧半径R为0.2mm;精加工时切削速度要高,切削深度要小,刀尖圆弧半径(3)钛合金的弹性模量小,其让刀系数与别的材料有很大差异,尤其精加工的most后一次切削时,切削量很小时容易形成切削后回弹变形,无法保证尺寸精度,因此,在most后的精加工前一定要留有合适的切削余量。

      (4)镗削深孔时常出现上边尺寸合格而下边尺寸变小的倒锥孔,除刀刃磨损外,刀杆刚性不够也是一个重要因素,因此,提高刀杆刚性可有效防止这种现象发生。

      4铣削加工的要点钛合金铸件的铣削加工是机加工中工作量most大、难度也比较大的工序,其要点如下。

      (1)铣削钛合金时,钛屑极易与刀齿粘结,使刀齿磨损加剧甚至崩刃。选择合适的铣削方式以及铣刀与切削面的位置有助于解决上述现象。粗加工去表层氧化皮时切削力大,应采用逆铣,避免工件产生过大振动,其它情况下采用顺铣,可减少切屑粘结,减小刀具磨损。

      (2)粗加工时应加大铣削深度,避免直接切削氧化皮,降低铣削速度;精加工时应减小铣削深度,尽量提高铣削速度,以保证加工表面粗糙度。刀具应尽可能选用硬质合金。

      (3)铣削钛合金铸件时基准面的选择特别重要,一定要根据工件刚性来确定装夹面,然后再确定各个加工面之间的先后加工顺序,应尽量减少装夹次数,以减少工件变形。

      (4)为了提高加工效率和刀具耐用性,立铣时刀的角度most好进行修磨,推荐参数为前前段修磨成3°,刀尖圆弧半径5钳工加工的要点钛合金铸件加工从开始到结束,贯穿了钳工工序,钳工水平的高低对钛合金铸件的能否顺利加工有很大影响,其要点如下。

      (1)钳工在划铸件加工线时,通常情况下铸件本身壁厚加工余量不大,因此,划线时要严格按照加工基准来找正,兼顾其它加工面,加工后壁厚应均匀。一旦发现铸件有缺陷时,应采取补救措施加以补救,如对缺陷处加以补焊,对变形处给予整形,尽量使加工余量均匀。

      (2)钳工在对钛合金铸件整形时,既应考虑到钛合金的弹性模量小,用力过小时,容易产生回弹而达不到整形的目的,又要考虑到铸件壁厚较薄用力过大时,容易损坏零件。

      因此,整形时通常敲击大面,同时用力又不要过猛。

      (3)钛合金的钻削加工,其切削力大,排屑困难,钻头耐用性差,要对钻头加以改进,减少钻头与工件之间的摩擦,以减少切削热。

      前角V与普通麻花钻的前角相同,顶角为比普通麻花钻的后角要小4°~6°,横刃取普通钻头的1/2,棱刃略带一点后角,螺旋角为25°~30°。钻孔时进给量要小,进给速度要均匀,当发现切削阻力增大或切屑形状、颜色不对时,应及时更换钻头或重新磨刃。

      (4)钛合金铸件上攻丝更是难点。由于钛合金具有弹性模量小、摩擦系数大、热扩散率低的特点,攻丝时丝锥与工件的接触面积大,切屑容易粘结,造成摩擦力矩大,使丝锥耐用性下降或折断。采用修磨丝锥方法,将丝锥校准部分修窄,底孔直径加大0.1mm,采用均匀而慢速的手攻,保持有足够的冷却液,可以有效解决这一问题。

      磨削加工的要点有些钛合金轴类零件,因其尺寸较大,没有大的棒料,也设计成铸件。其精度要求高时就需磨削,其要点如下。

      (1)钛合金磨削时,其韧性大,强度高,磨屑不易分离,磨削力大,粘附性强,磨屑很容易粘附在砂轮表面,磨削发热现象严重,磨削温度高,极易烧伤加工件表面,产生烧伤裂纹。

      (2)磨削钛合金时,应选用专门的绿色碳化硅砂轮,粗磨时可用46的,精磨时可用的中软砂轮磨削,效果most好。

      (3)磨削速度要低于普通磨削速度,磨削深度也要浅,工件可选用较高转速,以防止温度过高烧伤工件。

      (4)冷却液应选用清洗效果好的,如水溶液等。冷却液的压力和流量要保证能够有效地冲走磨屑,防止砂轮表面粘结,提高工件表面磨削质量。

    【上一个】 通过加工硬化和时效强化来提高合金性能是传统研究中使用的方法 【下一个】 参考国外设备和工艺对提出低压铸造铝合金车圈若干技术问题予以讨论