机加工钛合金加工课程大作业课件

1、钛合金切削加工钛合金切削加工：金属切削的基本概念钛合金的性能特点钛合金切削特点级改善方法钛合金切屑时切屑控制钛合金切削液选择和切削力分析钛合金刀具材料选择钛合金刀具几何参数选择钛合金切削用量选择钛合金刀具磨损分析切削表面与切削运动：切削用量三要素与切削层参数切削速度进给速度 、进给量切削深度刀具切削部分的组成刀具的标注角度钛合金性能特点:密度相对较小纯钛的密度为45kgm3具有很高的强度屈服强度低温性能好,在低温和超低温下，仍能保持 其力学性能4.具有较强耐腐蚀能力5.高温下钛的化学活性高6.与碳纤维复合材料不会产生接触腐蚀钛合金的优点：热强度高： 热稳定性好、耐高温，强度高比强度高： 密度4

2、5 gcm3左右，仅为钢的60， 强度近于普通钢的强度抗腐蚀性好：在潮湿的环境中工作，其抗蚀性远优于 不锈钢低温性能好：在低温和超低温下，仍能很好地保持其力 学性能钛合金切削特点：变形系数小:加速刀具磨损切削温度高:导热系数很小,切削时产生的热不易传出单位面积上的切削力大:切屑与前刀面的接触长度 极短，单位接触面上的切削 力大大增加4.冷硬现象严重:钛的化学活性大，容易吸收空气中 的氧,加剧刀具磨损刀具易磨损切削加工性能的改善:选用合理的刀具材料合理的刀具几何参数改善切削条件切削速度宜低，以免切削温度过高切屑的控制加工时需要加冷却液充分的冷却钛合金切屑控制:钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑

3、，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。上图中由于切削速度较低，应变速率较小，剪切变形局域化还不是很明显。此时形成的切屑是连续的或呈现微小锯齿状的带状切屑，切屑锯齿状不明显。钛合金切屑控制:钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。上图中当切削速度增大到81.4m/min时，绝热剪切带中心已经发生了变化。剪切带中心的组织结构域周围有所区别，其特征是晶粒非常细小。钛合金切屑控制:钛合金在切削加工时容易产生锯齿状切屑，周期性的锯齿状切屑会引起切削力高频波动，从而影响加工表面质量和刀具寿命。当切削速

4、度增大到178.4m/min时，绝热剪切带与基体的界线明显，在绝热剪切带中心与基体之间已经看不到明显的剪切变形滑移痕迹。钛合金切削加工切削液基本概念：为了提高切削加工效果而使用的液体。(增加切削润滑，降低切削区温度)。切削液各项指标均优于皂化油，它具有良好的冷却、清洗、防锈等特点，并且具备无毒、无味、对人体无侵蚀、对设备不腐蚀、对环境不污染等特点。作用：1、润滑作用 2、冷却作用3、清洗作用4、防锈作用5、其它作用 对细菌和霉菌有一定抵抗能力 不损坏涂漆零件等等 有效的冷却和合理的应用切削液是提高生产率和改善被加工零件表面质量的主要方向之一。切削液的分类 常用的切削液分为水溶性切削液和油溶性切

5、削液两大类。1、水溶性切削液 水溶性切削液主要有水溶液、乳化液和化学合成液三种。 具有良好的冷却、清洗作用。2、油溶性切削液 油溶性切削液主要有切削油和极压切削油两种， 主要起润滑作用。钛合金切削液：1、俄罗斯技术人员为了提高钛合金机械加工的生产效率，采用卤素润滑冷却液，并大量浇注冷却液进行冷却。应用卤素冷却液将导致钛合金零件表面生成一层盐外壳，在温度和应力共同作用下引起盐腐蚀。因此，采用该冷却液冷却加工的零件加工后，要进行去除表层厚度0005 mm一0010 mm的调质酸洗。注意：在装配工序中进行钛合金零件的加工时不允许使用该冷却液。2、巴西的技术人员用合成乳化液和纯油作为切削液，分别和CB

6、N砂轮组合进行磨削试验，结果表明纯油和CBN砂轮的组合能够提高磨削效率。3、钛合金的切削液：宜选用合成水溶性乳化液，切削加工时冷却液要充分，冷却液循环速度要快，切削液流量和压力要大。4、钛合金加工最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆，也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂。钛合金切削加工切削力基本概念：金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形并成为切屑所需的力，称为切削力。切削力的来源： 切削力来源于三个方面：1克服被加工材料对弹性变形的抗力；2克服被加工材料对塑性变形的抗力；3克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。 切削合力及其分解 1、主切削力F

7、z（切向力）：主运动切削速度方向的分力。Fz是最大的一个分力，它消耗了切削总功率的95%左右，是设计与使用刀具的主要依据，并用于验算机床、夹具主要零部件的强度和刚度以及机床电动机功率。2、切深抗力Fy（径向力）：切深方向的分力。 Fy不消耗功率，但在机床一工件一夹具一刀具所组成的工艺系统刚性不足对，是造成振动的主要因素。3、进给抗力Fx（轴向力）：进给方向的分力。 Fx消耗了总功率5%左右，它是验算机床进给系统主要零、部件强度和刚性的依据。注：在铣削平面对，上述分力亦称为：Fr切向力、Fy径向力、Fx轴向力。钛合金切削力的变化规律实践证明，钛合金切削力的影响因素很多，主要有工件材料、切削用量、

8、刀具几何参数、刀具材料、刀具磨损状态和切削液等。工件材料（1）硬度或强度提高，剪切屈服强度s增大，切削力增大（2）塑性或韧性提高，切屑不易折断，切屑与前刀面摩擦增大，切削力增大。 背吃刀量（切削深度） 进给量增大，切削层面积增大，变形抗力和摩擦力增大，切削力增大。 由于背吃刀量对切削力的影响比进给量对切削力的影响大，所以在实践中，当需切除一定量的金属层时，为了提高生产率，常采用增大进给切削量代替增大切深切削量切削速度对切削力的影响规律 由图4可以看出，在较低的速度范围内(100 mmin)，切削力随着切削速度的增加有明显的小幅上升。在中高速范围内(100300mmin)，随着切削速度的增加，切

9、削力变化不大，而当切削速度继续增大、超过300 mmin时，随着切削速度的增大切削力呈现下降趋势。PCD刀具高速切削TAl5时的各项切削力与切削速度的关系曲线每齿进给量对切削力的影响规律 由试验测得的各向切削分力与每齿进给量的关系如图所示。从中可以看出，主切削分力随每齿进给量的增大而增大。这是因为随着每齿进给量的增大，切削厚度增大，而切削宽度不变，这时剪切面积按比例增大，使得前刀面上的法向力随之增加，与此同时，随着每齿进给量增大，切屑的平均变形系数变小，单位切削力降低，其结果是减缓主切削力的增大趋势。PCD刀具高速切削TAl5时的各项切削力与每齿进给量的关系曲线轴向切深对切削力的影响规律 由试

10、验测得的各向切削分力与轴向切深的关系如图所示： 从中可以看出，所有的切削力都随轴向切深的增大而增大。这是因为随着轴向切深增大，切削宽度也增大，剪切面面积和切屑与前刀面的接触面积按比例增大，第一变形区和第二变形区的变形与摩擦相应增大。当轴向切深增大一倍时，主切削力和径向分力也约增大一倍。PCD刀具高速切削TAl5时的各项切削力与每齿进给量的关系曲线刀具材料的选择钨钴类硬质合金刀具:G8、YG3、YG6X、YG6A、YS2T、 YDl5刀片耐磨性提高，抗弯强度、 硬度也有所提高高速钢刀具:W2Mo9Cr4VCo8、W12Cr4V4Mo、 W6Mo5Cr4V2Al金刚石和立方氮化硼作刀具钛钽(铌)钴

11、类硬质合金：YW2;涂层刀具：多层CVD涂层硬质合金刀各种刀具材料的硬度、韧性、强度分析：硬度分析随着温度的升高，不论YG类还是YT类硬质合金，其硬度都出现了显著的下降. 不同牌号的硬质合金在不同温度下，其硬度的下降程度也不同，钴含量越多，硬度下降越快。各种刀具材料的硬度、韧性、强度分析：强度分析硬质合金中钴的含量增加，材料的抗弯强度有所提高，TiC的含量越高，材料的抗弯强度越差。各种刀具材料的硬度、韧性、强度分析：韧性分析。硬质合金中钴的含量增加，冲击韧性有所提高，TiC的含量越高，冲击韧性越差。刀具的几何参数的选择：车刀：外圆车刀及镗刀，前角为1015，后角为814，刀尖圆弧半径为02 m

12、m06 mm(精车时取最大值)。螺纹车刀，前角为0，后角为10。成型车刀，前角为5，后角为10钻头:采用较大的螺旋角为2530,钻头顶角为135140，钻头后角为1215。铣刀:前角为68，后角为612，螺旋角为3540，螺旋角前段为30(在1mm 12 mm上)，刀尖圆弧半径R为0.5 mm0.6 mm。丝锥:前角为7。10。，切削锥部分后角为612，校正齿型面铲后角1，切削锥角5730铰刀:铰刀的后角为10，前角为35，切削刃宽度为0.15 mm。刀具的几何参数的选择：钛合金的切削加工性能1钛合金的导热性差,加工时所产生的热量很难散去钛合金是属于典型的难加工材料。2钛合金的化学活性很强，钛

13、合金在 600 以上时, 与气体发生剧烈的化学反应3钛合金的弹性模量低, 弹性变形大, 接近后刀面处工件的回弹量大，导致摩擦增大 4由于钛的亲和性大、切削温度高，导致粘到现象严重5.钛元素化学活性大易与空气中的氧和氮形成污染层而导致表层硬化。切削加工性能的改善（1）选用合理的刀具材料。刀具的选择应该选择比较常见的，价格适中，耐磨性好，热硬性高的，并且具有足够的韧性的材料。通常选用硬质合金。 （2）改善切削条件。机床夹具刀具的系统刚性要好，主轴的径向跳动要小，夹紧力不能大，特别是在某些精加工工序时，必要时刻使用一定的辅助支撑。（3）合理的刀具几何参数。采用较小的前脚和较大的后脚减小工件与后刀面的

14、摩擦，刀尖采用圆弧过渡以提高强度。 切削加工性能的改善 (4) 切削速度宜低，以免切削温度过高；进给量适中，过大容易烧刀过小则因刀刃在加工硬化层中 工作而磨损过快；（5）切屑的控制。在钛合金的切削中切屑的控制是非常重要的，要保持刀刃的锋利以保证排屑流畅，避免粘屑崩刃（6）对加工材料进行适当的热处理 (7)加工时需要加冷却液充分的冷却，冷却液的循环速度要快。钛合金加工时尽量不要使用含氯的冷却液，避免产生有毒的物质和引起氢脆，也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂 钛合金的切削用量其主要的加工方法有铣削、车削磨削、钻削、铰削、攻丝等。铣削用量:铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易于刀刃发生粘结更

15、严重的可能造成崩刃现象，所以加工时最好采用顺铣. 钛合金的切削用量车削用量:在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难，与加工合金钢接近。但车削钛合金表面氧化皮较为困难一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，然后车削剩余的氧化皮 钛合金的切削用量磨削用量：磨削加工可获得较高精度，但由于钛合金的特有性质决定了钛合金磨削非常困难。因此应尽量避免磨削加工，以精铣代替。钛合金的切削用量钻削用量:钛合金的钻削是比较困难的，常在加工过程中出现烧刀和断钻现象钛合金进行钻削和攻丝加工时最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆钛合金的切削用量铰削用量:钛合金铰孔是最后一道精加工工序，铰削时应不断地注入冷却润滑液以获得较好的表面粗糙度，同时应勤排屑，及时清除铰刀刃上的切屑末。钛合金的切削用量攻丝用量：攻丝的切削用量只有速度(转速)一项可选，钛合金攻丝速度v为36m/min。攻丝时应及时清除丝锥刃部毛刺、切屑末，以免损伤螺纹；攻丝时要勤退刀。刀具磨损类型：粘结磨损：钛合金材料化学活性高， 与刀具的亲和力强，在切削过程中， 切削刃逐渐脱落.扩散磨损和氧化磨损：在高速切削下，钛合金中的Ti元素 易向刀具中扩散，和刀具中的C形 成TiC，使硬质合金表面脱碳， 引起刀具表层强度下降.微崩刃和沟槽磨损：钛合金工件中的硬