数控加工技术论文：钛合金盒体的数控加工工艺研究

文章源于科技论文发表网：数控加工技术论文：钛合金盒体的数控加工工艺研究【摘要】：提出了钛合金材料的难加工特性、以及数控加工参数的选择等工艺难题，通过反复试验总结对数控加工参数、数控编程技术、刀具材料和参数进行优选，采用低转速、快速进给、小切削量和涂层硬质合金刀的数控加工方法，达到零件的加工工艺要求。【关键词】：钛合金；材料特性；刀具材料；数控加工参数StudyofNCMachiningTechnicalofTitaniumAlloyBoxAbstract：Proposedtechnicalproblemofthedifficult-to-machinepropertyoftitaniumalloysandNCprocessingparametersection,etc.repeatedtrialsgeneralizeandselectivedpreferenceonNCmachiningparameter,NCProgrammingtechniques，toolmaterialandparameter,theNCprocessingmethodisusedofslow-speedofrevolution,rapidapproach,minimumcuttingoutputandcoatedcarbides,realizedpartrequirementofprocessingtechnic.Keywords：titaniumalloy；materialcharacteristics；toolmaterial；NCprocessingparameter随着科学技术的快速发展，钛合金不仅在空间技术、海洋技术等领域得到广泛应用，且在民用钛方面的应用也越来越多，而其难加工的特性在一定程度上又制约了其发展，特别是对加工刀具提出了非常苛刻的要求。1钛合金材料的特性文章源于科技论文发表网：钛合金材料属不易加工材料，刀具的选用、刀具路径、加工参数的匹配性不当，就会加剧刀具磨损，产生高温及应力变形，材料表面还会产生碳化，直接影响零件的加工和各项精度保证。因此，掌握难加工材料的性能，采用合适的刀具，改进切削加工参数以及采用适当的编程技术，成为解决该难题的关键所在。钛合金的强度高，密度小，因此其比强度高，还有热强性好、耐腐蚀性强等特性。钛合金的弹性模量低，约为钢的1/2，故钛合金容易产生弹性变形。如常用的（α+β）钛合金的σb=1010～1177MPa，密度ρ=41315g/cm3，比强度σb/ρ比合金钢高。在同样载荷条件下，比强度高的材料可以减轻产品的净质量。钛合金的热稳定性好，高温强度高，在300～500℃温度下，比铝合金高10倍。钛的热导率低，约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/10，约为钛的1/2[1]。钛合金以其优良的性能，为星载机载雷达轻型化和小型化，发挥着独特的效能[2]。2数控加工刀具的选择钛合金在切削过程中，硬度高，强度高，合金成分多。合金元素与碳构成各种复杂的碳化物，这些碳化物既不熔于合金中，又不聚集长大，而以极细的颗粒形式弥散分布在晶界处，强化晶界，阻止在外力作用下的晶界滑移，使得合金显示超强超硬的性质。在加工过程中，必须作更大的功，因文章源于科技论文发表网：而必然产生更多的热。另外，其切屑非常容易粘接、熔接在刀尖及刀刃附近，或形成积屑瘤。它不像普通钢，切削时仅在前刀面因切屑流动产生高热，刀屑间因扩散作用而造成月牙洼磨损。耐热合金的高温区则在整个刀尖附近前后刀面上，且后刀面同时损伤，更促使切削温度提高，温度达1000℃以上时，使磨损加快加剧[3]。在持续高温的切削中，粘接物、熔接物受到后续加工的冲击而被冲离，在强迫冲离的过程中，更易带走部分刀具材料，而造成刀具缺损、破损（微崩、崩刃）[4]。在切削过程中，切屑的形态呈锯齿状，近似粒状形态。由此可知，在加工中切削力是波动的，从而使刀具承受的冲击载荷加剧。此外，刀片有时也出现明显的边界（沟状）磨损。故加工时用一般刀具材料损伤很快，使用寿命极短。在这种恶劣的条件下，过去的经验是，往往非涂层刀片比涂层刀片效果还好些；而适应耐热钢加工的涂层，直到最近才有较多进展。在切削耐热合金时，采用Miracle涂层，型号为VP05RT、VP10RT和VP15TF。Miracle涂层实际上是以特殊专业技术涂覆（AlTi）N。切削时涂层膜的中铝被氧化，形成了稳定的氧化铝保护膜，具有优异的耐热性。文章源于科技论文发表网：数控加工关键工艺控制针对钛合金材料的特殊性，进行加工前合理安排好数控加工工艺路线，是保证加工零件精度和质量的重要环节。在编程过程中，要充分考虑加工过程中出现的问题，以规避其在生成加工程序中出现。3.1铣削方式对于型腔铣，采用顺铣的走刀方式。在切削参数允许的范围内，采用较大的径向分层和较小的轴向分层加工；对于侧壁两面都需加工时候，采取台阶式来回铣削，充分利用零件的整体刚性，可提高加工效率[7]。但在切削过程中，不允许刀具中途停顿，切削结束，立即退刀，以免形成坚硬的氧化皮，加速刀具磨损。对于加工中心，可采用圆弧进刀和圆弧退刀的方法，减少刀具在某一点的停留时间[4]。3.2编程控制（1）进刀方式。合理选取起刀点、退刀点、切入点和切入方式。采用圆弧切入方式，切入平稳，冲击力小。这样可以保证刀具不易受到刚性损伤。避免沿工件轮廓垂直方向文章源于科技论文发表网：进刀，在切入材料时要采用斜插式切入，可以避免刀具刃齿的崩损。从而可以有效地保证后续加工及工件的精度、粗糙度等要求。精加工时，考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕。（2）走刀路径。走刀路径对提高钛合金整体结构件加工精度有着重要的影响，对于具有定位功能的表面，尽可能采用由内向外的铣削方式，这样形成内凹的微观结构，有利于定位。对于具有单元框结构的零件，尽可能采用由内向外或由外向内的铣削方式，以利于材料均匀去除，使残余应力均匀释放，并保持工件刚度的均衡性，以减小加工变形[4]。切削路径尽可能采用直线切削，减少在拐点处走圆弧切削。3.3切削参数控制钛合金的强度高，粘性大，切削中更容易在切削区产生和积聚热量。加之导热性差，在大切除量铣削时，有引起燃烧的危险，这就是铣削钛合金零件一定不能选择高切削速度的原因。采用小径向切入法切削钛合金零件，能极好地控制切削温度，实现高速加工。在工厂中使用该方法，可提高加工精度[6]。采用低转数、快速进给、小切削深度，使材料快速分离，文章源于科技论文发表网：不会产生高热及大应力，刀具磨损也较小。切削速度、进给速度、径向切深对钛合金表面粗糙度产生不同的影响。随着切削速度增加，表面粗糙度在径向切深方向略有下降，而在进给方向先增加，然后下降。3.4装夹要求对薄壁工件在装夹时注意一个“实”字，要把底面垫实。零件的底面为曲面，所以夹具体应设计成相同的凹面，同时满足精度要求。装夹时，利用定位孔销定位，轮廓用辅助夹具固定，刀具路径采用一粗一精，分多次加工到最后尺寸，或采取对称去余量法，安排进给路线。不要使用低熔点金属及其合金（铅或锌基合金，铜、锡和镉及合金）制作的工夹具或临时紧固件。与钛合金接触的工夹具或其他装置，必须清洁无垢。加工后的钛合金表面，不允许残留铅、锌、铜、锡和镉等低熔点金属。如有残留，应使用氢氟酸和硫酸亚铁溶液仔细清洗。装卸清洗过的钛合金工件时，必须防止油脂及指纹污染，以免发生盐应力腐蚀，使钛合金工件断裂。3.5钻孔和攻丝（1）钻孔。钛合金回弹性大，钻头进入工件后，受较大径向及轴向力。钛合金化学活性高，易造成粘刀，切屑不易排除，往往产生钻头被咬住、扭断钻头等现象。选取专用钛合金加工的高速钢钻头，通过增厚钻芯和尽量减小其长度的方法提高刚性。加工时，避免钻头不进给而在孔中打转，文章源于科技论文发表网：以免引起加工硬化。实际加工中测得的孔径，比钻头直径小0.1mm左右，这是钛合金材料特性的表现之一，故钻孔可使用比标准直径大0.1mm左右的钻头。钻孔前需用中心钻点孔，并在对刀机上检查钻头端部，控制刀刃跳动量＜0.02mm[6]。（2）攻丝。钛合金攻丝加工，特别是小孔攻丝加工很困难。其主要原因在攻丝加工过程中，造成钛合金热膨胀。另外，钛合金加工后回弹大，易造成丝锥折断。具体可通过以下两种途径得以解决。一是改进丝锥结构形式，将锥芯增粗和减少各段丝锥切削刃宽度，或使用跳牙丝锥可以提高刚性及减小同被加工材料的接触面积。另外，采用螺旋槽可增加丝锥锋利程度，减小切削力，避免丝锥折断，有利于排屑，使冷却液能够较容易进入切削区，改善丝锥冷却及润滑性能。并对螺纹底孔设计提出公差要求。3.6润滑要求钛合金盒体零件在以上的几种加工方式中，下列两点需共同注意：（1）在钻削攻丝及铣削加工时，使用的冷却液相同，不推荐使用含氯冷却液。因为在切削过程中，切削液在高温下分解释放出氢气，被钛吸收后引起氢脆；同时，氯还可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。（2）钻削浅孔时，可用电解切削液；钻削深孔时，用文章源于科技论文发表网：机械油加煤油，配比适合的具体加工参数（对比如表2、表3）。加工状态如图1所示。金刀具和Miracle涂层硬质合金刀具，对各加工参数分别进行试验，在加工条件良好的情况下，也可用硫化切削液。可见，钛合金加工的冷却液配制适合，可延长切削刀具的寿命。通过以上分析，采用TiC（N）基硬质情况下，测得具体加工参数对比如表2、表3。加工状态如图1所示。文章源于科技论文发表网：结束语从加工后零件的检测结果及实验数据可知，使用涂层硬质合金刀，转数2500r/min、进给速度400m/ｍin、切削深度0.07mm这组数据，效果最好，基本到达了设计工艺要求。由此可得出如下结论：（1）涂层硬质合金刀可满足钛合金加工条件；（2）采用低转速，可降低刀具磨损，延长刀具使用寿命；（3）快进给速度，每刀刃切削在0.08mm左右，不易产生加工硬化现象；（4）小切削量，可避免造成切削温度过高而产生零件变形。参考文献：[1]邹喜洋.难加工材料的特性及其应用前景[J].金属热处理，2003，(4)：44-47.[2]张润逹，戚仁欣，等.雷达结构与工艺（上册）[M].文章源于科技论文发表网：北京：电子工业出版社，2001.[3]孙杰，李剑峰.钛合金整体结构件加工关键技术研究[J].山东大学学报(工学版)，2009，(6)：81-87.[4]张宪.钛合金航空零件铣削加工刀具[J].工具展望，2006，(5):19-21.[5]汤立民.飞机结构零件数控加工技术研讨[J].世界制造技术与装备市场，2006，（3）：64-67.[6]王艳，乔吉超.典型钛合金壳体零件加工工艺[J].工艺与检测，2007，(7):126-128.