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1、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Study of NC Machining Technical of Titanium Alloy Box Abstract：Proposed technical problem of the difficult-to-machine property of titan
2、ium alloys and NC processing parameter section,etc.repeated trials generalize and selectived preference on NC machining parameter,NC Programming techniques，tool material and parameter,the NC processing method is used of slow-speed of revolution,rapid approach,minimum cutting output and coated carbid
3、es,realized partrequirement of processing technic.Key words：titanium alloy；material characteristics；tool material；NC processing parameter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
4、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（+）钛合金的b=1 0101 177 MPa，密度=41 315 g/cm3，比强度b/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300500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1/21。钛
5、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
6、1 000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、VP10 RT和VP15TF。Miracl
7、e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。 3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。在切削参数允许的围，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
8、。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，尽可能采用由向外的铣削方式，这样形成凹的微观结
9、构，有利于定位。对于具有单元框结构的零件，尽可能采用由向外或由外向的铣削方式，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，不会产生高热及大应力，刀具磨损也较小。切削速度、进给速
10、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
11、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，以免引起加工硬化。实际加工中测得的孔径，比钻头直径小0.1 mm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0.1 mm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0.02
12、 mm6。（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
13、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N32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。 4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2500 r/min、进给
14、速度400 m/in、切削深度0.07 mm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0.08 mm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润逹，戚仁欣，等.雷达结构与工艺（上册）M.：电子工业，2001.3杰，剑峰.钛合金整体结构件加工关键技术研究J.大学学报(工学版)，2009，(6)：81-87.4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.
