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钛合金TC11精密切削加工工艺研究

日期:2015-03-30 09:22:14 作者: 来源: 浏览次数:0
     钛合金TC11精细切削加工技术研讨

      钛合金具有密度小,强度高,比强度大于超高强度钢;并且热安稳性、抗腐蚀性好,高温强度高;在300~500℃温度下,其强度约比铝合金高10倍等特色,现已广泛应用于航天、航空及导弹发动机商品上。特别是(α+β)钛合金能进行淬火、时效使合金强化,热处理后的强度比退火状况进步50%~100%。并且具有杰出低温耐性以及杰出的抗海水腐蚀、抗热盐应力腐蚀才干,运用的愈加广泛。

      可是,因为钛合金具有切削变形系数小(变形系数小于或挨近1),切削加工进程切屑在前刀面上滑动冲突的路程增大,加快刀具摩损;同时切削温度高,切削力大,易发生外表蜕变污染层,因为钛的化学活性大,易与各种气体杂质发生激烈的化学反应,如O、N、H、C等侵入钛合金的切削表层,致使表层的硬度及脆性上升。别的尚有TCi、TiN硬质表层的构成;在高温时构成表层安排α化层以及氢脆层等外表蜕变污染层。形成表层安排不均,发生部分应力会集,下降了零件的疲劳强度,切削进程也严峻损害刀具,发生缺口、崩刃、脱落等表象;亲和性大,切削时,钛屑及被切表层易与刀具资料咬合,发生严峻的粘刀表象,导致剧烈的粘结磨损;并且钛合金安排不行安稳等缺点,给切削加工特别是精细切削加工带来许多艰难,所以又称之尴尬加工金属。因此,对钛合金精细切削加工的技术研讨,是一个亟需处理的疑问。

      尾管壳体(如图1所示)是笔者厂里某商品中一个关健功能零件,因为在作业状况时有必要接受高温高压,其机械功能需求为抗拉强度Rm≥1030MPa,延伸率A≥9,为满意其功能需求,商品规划上选用钛合金TC11制造,是一种典型的薄壁轴类管状零件。经过对其精细切削加工技术的优化规划,完成了钛合金TC11精细切削加工。


      1  钛合金TC11切削加工特色

      TC11钛合金是归于(α+β)型Ti合金。其安排由密排六方构造α相和体心立方构造的β相构成,相对别的金属,织构愈加显着,各向异性更强,这给钛合金的出产和加工带来较大的艰难。其切削加工进程特色如下:

      (1)切削力大、切削温度高。因为钛合金密度小,强度高,切削进给切应力大,塑性变形功大,因此切削力大、切削温度高。

      (2)加工硬化严峻。钛合金加工硬化的缘由除塑性变形外,还因钛在高的切削温度下吸入氧、氮,发生空隙固溶以及高硬度质点对刀具的冲突效果激烈所致。

      (3)简单粘刀。钛合金在高温下化学亲和力强,加之大的切削力,更促进了刀具的粘结磨损。

      (4)刀具磨损较为剧烈。鸿沟磨损是切削钛合金时刀具磨损的显著特色。

      2  工件剖析



      3  技术方案

      3。1  技术道路

      技术道路的拟定以“先粗后精,先内后外”,减小精加工时的变形,进步加工精度为准则。在前期的试制进程中,技术道路为:下料、车长度、粗车外形、钻孔、粗镗孔、精车内形、精车外形。

      因为钛合金导热性差,密度及比热均小,切削温度高;且与刀具化学亲和力强,简单粘刀而使切削艰难。实验证实,钛合金的强度愈大,其切削加工性愈差。所以在加工进程有必要选用与钛合金化学亲和性小、导热性好、强度高的钨钴类硬质合金。

      粗车选用YG8、半精车选用YG6、精车选用YG3X。钻孔选用硬质合金麻花钻(焊YG6硬质合金)。

      3.2  存在疑问

      (1)选用硬质合金麻花钻钻孔时,切削温度适当高,钻头磨损严峻,并且加工进程热应力添加,直接影响到后续精加工的精度。
      (2)工件变形大,机加尺寸难以操控。
      (3)同轴度超差状况严峻,工件合格率低,均匀合格率只要50%。
      (4)出产功率不高,刀具磨损较大,出产成本较大。

      3.3  处理方案

      3.3.1  从头挑选合理的刀具

      经过对资料及加工进程的研讨,决议选用肯纳HTS-C机夹式钻头(喷吸钻)进行钻孔;该钻头能供给强有力的冷却,并配备可转位PVD涂层整体硬质合金刀片和排屑槽及硬质合金导向钻。经过实验,该钻头选用专门加工难加工资料的KC720和KC7215刀片(表里侧刀片),对钛合金进行钻削,出产功率进步60%,并且钻削后的工件不发热、不变形,对后续加工没有应力影响,对周围环境不发生污染,如图2。


      3.3.2  变形缘由剖析及对策

      机加进程发生变形的首要缘由是因为钛合金安排应力而形成。在前期的试制进程中,虽然技术采取了先粗后精,先内后外的加工技术,可是没有充分考虑钛合金安排不安稳的要素,形成了机加进程工件变形,尺寸难以操控的表象。怎么减小钛合金机加进程的变形操控为最小,是一个难题。

      经过重复实验,咱们在工件粗加工后添加一道时效退火工序。在不下降工件机械功能的前提下,经过细化晶粒,然后到达细化安排,消除内应力,使其安排到达安稳状况。

      热处理标准如下:时效温度530℃,保温时刻4~6h。确保Rm≥1030MPa,A≥9%。经过多个批次的实验,其抗拉强度Rm遍及高于1030MPa,延伸率A悉数大于9%。

      3。3。3  同轴度超差缘由及对策

      针对同轴度超差而形成的工件合格率不高的状况,经过对工件资料及加工技术进一步剖析发现:工件为管状薄壁件,归于典型的易变形难加工金属,只要进步悉数技术体系刚度才干有效地处理其加工疑问。

      (1)在内孔加工时,采取了合理设置技术台阶法,以具有必定刚性的技术台阶作为工件的装夹、定位基准,有效地处理了加工内孔变形疑问,见图3。


      (2)在进行外圆加工时,采取了填充防振物机械加工办法,即在工件半精车外形工序时,夹持部位填充硬性垫块,防止工件变形;在工件的内孔中填充软性橡胶管或发泡资料,使其在加工进程与其内壁贴合一体,然后到达添加工件刚性的效果,见图4。


      (3)为确保工件的同轴度需求,在最后一道精车外形工序时规划了一套过定位夹具,用来进步工件的刚性,见图5。


    然后形成工件的同轴度超差。所以在夹具的规划上,为确保工件的刚性选用过定位装置,既将工件的悉数内孔作为定位基准,虽然在理论上发生过定位表象,但在实践运用上,则完全满意了工件的需求。见图6所示。


      依据上述TC11钛合金在切削进程中表现出的特征以及该合金难以切削的机理,联系出产实践中难加工资料的加工办法和经历,从头拟定了切削加工技术道路如下:下料——平端面——钻孔——粗车内、外圆——时效及机械功能查验——车基准——半精车小头内孔,半精车大头内孔——精车内形——半精车外形——平总长、精车小端——精车外形。

      选用此技术办法加工的钛合金零件尾管壳体完全符合规划需求,零件合格率达98%以上。有效地处理了钛合金的精细切削加工变形疑问。

      4  结语

      钛合金的切削性很差,怎么改进和进步其切削性是个难题。这篇文章经过对钛合金零件尾管壳体的切削技术办法剖析,完成了钛合金零件的精细切削加工,有效处理了钛合金TC11薄壁筒形零件车削变形、刀具磨损等加工难点。对于薄壁钛合金零件的加工技术有了进一步的知道和了解,为往后钛合金零件的加工积累了必定的经历。
    关键词:精密合金工艺

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