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涂层硬质合金刀具成加工钛合金的首选刀具

钛的各种属性使之成为具有强大吸引力的零件材料,但其中许多属性同时也影响着它的可加工性。工业中常用钛合金为两相钛合金,即(αβ)钛合金,在航空发动机燃油附件中常用TC4、TC6,其中TC4是这类合金的典型代表。

钛的各种属性使之成为具有强大吸引力的零件材料,但其中许多属性同时也影响着它的可加工性。工业中常用钛合金为两相钛合金,即(αβ)钛合金,在航空发动机燃油附件中常用TC4、TC6,其中TC4是这类合金的典型代表。钛合金材料硬度高、切削性能差,且易产生加工硬化现象,给切削加工带来了困难。针对钛合金中TC4这类材料的零件,尤其是车削加工工艺,中航西控做了较为深入的研究,并取得了一些经验。

首先,钛合金的弹性模数小,其中TC4的弹性模量E=110GPa,约为钢的一半,而且导热性低,因而由切削力所引起的被加工件弹性变形大,同时在加工过程中会产生较高和较集中的切削力。这样就容易产生振动而导致切削时出现震颤,降低工件精度,因此要改善加工系统的刚性。

其次,钛合金在切削加工中所产生的局部高温,使钛很容易吸收大气中的氧和氮,从而形成又硬又脆的外皮。这就会造成工件加工表面的加工硬化现象,而且加工硬化速度快,使得刀具表面产生严重的划痕,容易在切削过程中产生崩刃现象。

除此之外,钛合金材料本身的物理和化学性能使其切削加工时与工件亲和力大,切削加工时刀具与工件接触时易产生黏刀现象,增大了刀具与工件间的摩擦,产生大量的切削热。由此产生的大量切削热无法及时通过切屑散发出去,大大降低了刀具的使用寿命。因此加工钛合金的刀具必须具备高热硬度。

这里的钛合金加工可以被看作是一项系统工程,需要从加工设备、切削刀具、切削参数、冷却液等多个角度进行考虑。就加工设备而言,钛合金加工需要机床加工性能好,冷却充分,所以加工设备选择加工精度较高的数控车床,加工时主轴震动极小加工稳定性好。

用于钛合金加工的刀具材料的硬度及耐磨性要好,具有极好的耐热性、在高温下能保持较高的强度及韧性,以及一定的抗冲击性和抗破坏性。满足以上要求的刀具有:陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具、立方氮化硼刀具(CBN)及类金刚石刀具(PCD)等。其中涂层硬质合金刀具价格低廉,且具有良好的导热性和较高的硬度,在红硬性和韧性等方面也表现出色,虽然比陶瓷、立方氮化硼刀具(CBN)、类金刚石刀具的耐热性和化学稳定性要差一些,但比陶瓷和类金刚石刀具具有较高的抗冲击性和抗破坏性。因此已成为加工钛合金的首选刀具。

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