鈦合金加工鉆削和攻絲的工藝分析
鈦合金即在工業(yè)純鈦中加入合金元素,以提高鈦的強(qiáng)度。鈦合金可分為三種:α鈦合金,α合金和a+β鈦合金。α+β鈦合金,如TC4(Ti一6A1一4V),這類(lèi)合金組織穩(wěn)定,高溫變形性能、韌性、塑性較好,能進(jìn)行淬火和時(shí)效處理使合金強(qiáng)化,是航空業(yè)重要的原材料。鈦合金的性能特點(diǎn),主要表現(xiàn)在:
a)比強(qiáng)度高。鈦合金密度小(4.4 kg/m3),重量輕,其比強(qiáng)度卻大于超高強(qiáng)度鋼。
b)熱強(qiáng)性高。鈦合金熱穩(wěn)定性好,在300℃一500℃條件下,其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍。
c)化學(xué)活性大。鈦的化學(xué)活性大,與空氣中的0, N, CO,水蒸氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),在鈦合金表面易形成TiC及TiN硬化層。
d)導(dǎo)熱性差。鈦合金導(dǎo)熱性差,鈦合金TC4在20℃時(shí)的熱導(dǎo)率X=16.8 W/m.℃,導(dǎo)熱系數(shù)是0.036。
由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低,僅是鋼的114,鋁的1113,銅的1125,因而散熱慢,不利于熱平衡,特別是在鉆孔和攻絲加工過(guò)程中,散熱和冷卻效果很差,在切削區(qū)形成高溫,加工后回彈大,造成鉆頭和絲錐扭矩增大,刃口磨損快,耐用度降低。同時(shí),由于鈦合金變形系數(shù)小于或接近于1,這是鈦合金加工時(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。因此,切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程加大,加速刀具磨損。此外,鈦合金化學(xué)活性高,在高溫高壓下加工,與刀具材料起反應(yīng),形成溶敷,擴(kuò)散而成合金,造成粘刀具,切屑不易排除,往往產(chǎn)生鉆頭被咬住、扭斷鉆頭等現(xiàn)象。
通過(guò)對(duì)
鈦合金加工特性的分析,了解了影響鈦合金鉆削加工的因素,即在加工過(guò)程中及易出現(xiàn)燒刀、斷鉆、刀具磨損快等間題。因此,著重對(duì)鉆頭材料、鉆頭幾何參數(shù)、鉆削用量以及冷卻液等進(jìn)行了研究,并較好地解決了這一間題。鉆頭材料應(yīng)滿(mǎn)足以下要求:
a)足夠的硬度。鉆頭和絲錐的硬度必須大于鈦合金的硬度。
b)足夠的強(qiáng)度和韌性。由于鉆頭和絲錐在加工鈦合金時(shí)承受很大的扭轉(zhuǎn)力和切削力。因此,必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。
C)足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好,加工時(shí)切削刃要鋒利,因此刀具材料必須有足夠的抵抗磨損能力,這樣才能減少加工硬化。
d)刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學(xué)活性高,因此要求刀具材料和鈦合金親合能力要差,以免形成溶敷,擴(kuò)散而成合金,造成粘刀、斷鉆等現(xiàn)象。
綜上所述,經(jīng)過(guò)對(duì)常用的刃具材料W18C二4V,硬質(zhì)合金(YG8)、W6Mo5C二4V3Al, W12C二4V4Mo和W2Mo9C二4VCo8等制造的鉆頭和絲錐進(jìn)行試驗(yàn)分析,結(jié)果表明由材料W2Mo9Cr4VCo8制造的鉆頭和絲錐加工
鈦合金時(shí)刃口鋒利、磨損小,效率有了顯著的提高,是比較理想的刃具材料。W2Mo9Cr4VCo8屬于高速鋼的一種,用該材料制造的鉆頭和絲錐之所以適合加工鈦合金,與該材料的化學(xué)成分有關(guān)(材料化學(xué)成分見(jiàn)表幼。該材料含有7. 5%-8. 5%的金屬元素鉆。鉆的主要作用是能加強(qiáng)二次硬化的效果,提高紅硬性和熱處理后的硬度,同時(shí),具有良好的散熱性。因此,含鉆高速鋼具有高的切削加工件能。