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動態(tài)/資訊

鈦合金、高溫合金的車削加工

發(fā)表時間:2009-04-29 08:26:17; 來源:
這幾年,鈦合金,高溫合金在航空領(lǐng)域中的應(yīng)用普及開來,特別是在渦輪葉片,壓氣機,框架零件中的應(yīng)用。材質(zhì)優(yōu)點被人們廣泛認識后,現(xiàn)已被推廣到了汽車、醫(yī)藥、化工、小件及其他一些工業(yè)領(lǐng)域中。隨鈦合金,高溫合金在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,對這樣的難加工材質(zhì)的加工也成了人們非常關(guān)注的難題。
  高的強度/重量比,令鈦具有高的耐用度。與合金鋼,鑄鐵相比,鈦具有更好的強度、韌性、延展性。另外,鈦還具有抗氧化性與耐腐蝕性這兩個對機械零件很重要的特性。盡管具有上述優(yōu)點,其難加工性卻讓人望而卻步。
  同樣的問題也出現(xiàn)在對高溫合金的加工中。其難點在于切削過程中伴隨高切削力產(chǎn)生的局部高溫。因局部高溫會導(dǎo)致切削刃的損壞,主要表現(xiàn)為剝落、變形。
  盡管在加工相同硬度的工件時,加工鈦合金的切削力并不比加工鋼件的切削力高很多,對鈦合金的加工過程卻更加復(fù)雜與困難,列舉如下:
  鈦的低導(dǎo)熱系數(shù)的特性,使得產(chǎn)生的大部分切削熱,殘留在刀尖上。在車削過程中,零件表面會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象,影響零件表面含鈦量的均勻性,降低抗疲勞強度,零件幾何尺寸精度。在極個別的情況下,切削熱甚至會引起火花。在重型加工中,鈦的低彈性模量,會導(dǎo)致變形與震動。
  此外,依據(jù)化學(xué)性能,鈦具有與刀具材質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特性,會加速月牙洼的形成。
  通常情況下,刀具的磨損會以邊界磨損、積屑瘤的形式出現(xiàn)。邊界磨損沿切削刃,在后刀面與前刀面同時出現(xiàn),隨切深的不同而變化。
  鑄件、鍛件、熱處理后、前面的工序所造就的硬化表面層,也是造成刀片磨損的原因之一。切削刃的局部溫度常常超過800℃,這會引起刀片材質(zhì)與工件材質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)和物理擴散,最終造成邊界磨損。
  另一種情況是,在加工過程中,當?shù)毒吲c工件的接觸面達到一定溫度同時壓力又較高時,在冷焊的作用下,工件材料粘結(jié)在前刀面上,形成積屑瘤。積屑瘤不斷形成,又不斷從刀片上剝落,每次剝落都會同時剝離掉刀片上的一部分合金材質(zhì),加速刀具的磨損。

  在實際加工中,ISCAR提出的解決方案:
  一、刀片涂層:ISCAR強烈推薦采用超細基體的TiAIN PVD涂層來加工鈦合金、高溫合金。PVD所帶來的薄的、光滑的涂層表面,與基體之間強的粘附力,提高了刀具抗剝落、抗月牙洼的能力。因而,PVD涂層令刀片具有更好的耐磨性,化學(xué)穩(wěn)定性,抗積屑瘤的性能。
  二、僅靠涂層是不足以解決加工問題的,還需要正確的加工方案:
  1、采用大前角刀具,以有效降低切削力,切削熱,同時工件的尺寸偏差最小;
  2、恒定的進給是有效預(yù)防工件表面加工硬化的有效方法。
  3、大流量的冷卻液,也是加工這些工件材料所必需的。冷卻液的使用,確保了熱穩(wěn)定性,防止了因切削熱局部集中造成的工件材質(zhì)表面的金相變化及刀具失效。局部集中冷卻或有意識地選擇冷卻液流向,是很有用的方法,事實上,冷卻液甚至可以扮演工件與切屑之間的屏障的作用。
  4、改變主偏角,選擇基體強度大的園刀片,也能有效地減少邊界磨損。

  事實上,ISCAR早已擁有一系列解決鈦合金,高溫合金難加工的方案。世界知名的幾大航空制造商,均采納了ISCAR的CUT-GRIP霸王刀系列刀具,用于切斷,切槽加工,特別是復(fù)雜的噴氣式發(fā)動機組件。
  此外,ISCAR還針對鎳基合金、高溫合金、鈦合金研發(fā)了IC907,IC3028。并在ISO標準刀片中也開發(fā)了適用于這兩個牌號的獨特的槽型。
  附圖請見材質(zhì)為inconel 718的整流罩,就是ISCAR所作的解決復(fù)雜零件加工中的一例。這個項目中,大量的材料會被切除,加工過程需要多層切槽。ISCAR為這個零件設(shè)計了獨特的刀桿、刀片,成功地用CUT-GRIP霸王刀系列解決了加工此復(fù)雜零件的難題。

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