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鈦合金、高溫合金的車削加工

發表時間:2009-04-29 08:26:17; 來源:
這幾年,鈦合金,高溫合金在航空領域中的應用普及開來,特別是在渦輪葉片,壓氣機,框架零件中的應用。材質優點被人們廣泛認識后,現已被推廣到了汽車、醫藥、化工、小件及其他一些工業領域中。隨鈦合金,高溫合金在工業領域的應用越來越廣泛,對這樣的難加工材質的加工也成了人們非常關注的難題。
  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。盡管具有上述優點,其難加工性卻讓人望而卻步。
  同樣的問題也出現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生的局部高溫。因局部高溫會導致切削刃的損壞,主要表現為剝落、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雜與困難,列舉如下:
  鈦的低導熱系數的特性,使得產生的大部分切削熱,殘留在刀尖上。在車削過程中,零件表面會產生加工硬化現象,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,會導致變形與震動。
  此外,依據化學性能,鈦具有與刀具材質發生化學反應的特性,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。邊界磨損沿切削刃,在后刀面與前刀面同時出現,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℃,這會引起刀片材質與工件材質之間的化學反應和物理擴散,最終造成邊界磨損。
  另一種情況是,在加工過程中,當刀具與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,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,化學穩定性,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,確保了熱穩定性,防止了因切削熱局部集中造成的工件材質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,特別是復雜的噴氣式發動機組件。
  此外,ISCAR還針對鎳基合金、高溫合金、鈦合金研發了IC907,IC3028。并在ISO標準刀片中也開發了適用于這兩個牌號的獨特的槽型。
  附圖請見材質為inconel 718的整流罩,就是ISCAR所作的解決復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雜零件的難題。

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