TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择

TA15 TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择

TA15、TB6两种钛合金材料具有重量轻、强度高、耐热、耐腐蚀、疲劳性能好等一系列 优良的力学、物理性能，成为航空航天、核能、船舶等领域理想的结构材料之一。但由于该 材料价格昂贵，难加工，尤其是铳削加工制造周期长、成本高，制约了它的应用。而新一代 航空产品需要具备更优异的性能新材料、 要，研制周期短和制造成本低是取胜的关键， 新结构、新工艺被广泛应用。 冋时，为了竞争的需 因此，开展对TA15、TB6两种钛合金材料切削 加工的研究是必要的，特别是铳削高效加工的探索尤其显得紧迫和重要。

TA15、TB6钛合金材料主要特征

TA15 a钛合金是a相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在

高于纯钛，组织稳定，抗氧化能力强， 能进行热处理强化。

930MPa以上，耐热性

500?600 C下仍保持其强度，抗蠕变能力强，但不

TB6 b钛合金是b相固熔体组成的单相合金。该合金室温强度在

定性较差，不宜在高温下使用。

1105MPa以上，但热稳

TA15、TB6钛合金的切削加工工艺特性

摩擦系数大，导热系数低，刀尖切削温度高。钛合金热导率仅为钢的 1/4、铝的1/14、 铜的1/25 ,因而散热慢，不利于热平衡。切削时产生的切削热都集中在刀尖上，使刀尖温 度很高，易使刀尖很快熔化或粘结磨损而变钝。

弹性模量小。钛合金的弹性模量只有

30CrMnSi的56%，这说明零件的刚性差，切削时

而且还影响刀具的使用寿命；

易产生弹性变形和振动，不仅影响零件的尺寸精度和表面质量，

同时造成已加工面的弹性恢复较大，刀具后面摩擦增加导致刀具过快磨损。

化学活性大。在300 C以上时有强烈的吸氢、氧、氮的特性，造成加工表面易产生脆 硬的化合物，切屑形成短碎片状，使刀具极易磨损。

钛合金化学亲和力较强，极易与其他金属亲和结合。在加工中切屑与刀具的粘结现象严 重，使刀具的粘结和扩散磨损加大。

TA15、TB6钛合金零件切削用量和刀具参数的选择

主要加工方法

钛合金零件的加工余量比较大，有的部位很薄

（2?3mm），主要配合表面的尺寸精度、

形位公差又较严，因此每项结构件都必须按粗加工T半精加工T精加工的顺序分阶段安排工 序。主要表面分阶段反复加工，减少表面残余应力，防止变形，最后达到设计图的要求。其 主要的加工方法有铳削、车削、磨削、钻削、铰削、攻丝等。

铳削用量及刀具的选择

钛合金结构件中大量应用铳削加工，如零件内外型面。

刀具应选择具有高硬度、高抗弯强度和韧性、耐磨性好、热硬性好、工艺性好、散热性

好的材料，主要为高速钢 W6Mo5Cr4V2AJ W2Mo9Cr4VCo5（M42和硬质合金 YG8 K3O Y330。

刀具几何参数应以保证刀具强度高、刚性好、锋利为原则，细长比不能过大，并分粗、 精加工两种，

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加工时最好采用顺铳。铳削刀具参数见表 1，常规加工铳削用量见表 2。

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铳削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度， 于5L/min ，以延长刀具的使用寿命。

切削液流量应不小

在上述常规加工的基础上， 为进一步提高铳削加工效率， 我们在强力铳加工中心机床上 进行了高效铳削试验，获得了较理想的效果。

切削用量、刀具和切削液，铳削用量数据见表

3。

通过高效铳削与常规对比可以看出，高效铳削加工比常规加工效率提高了 件表面质量也得到较大的提高，加工周期大大缩短，制造成本相应降低。

车削用量及刀具的选择

在刀具、切削用量、切削液选择合理的情况下，钛合金车削并不困难， 近。但车削钛合金表面氧化皮较为困难，

与加工合金钢接

然

2?4倍，零

一般在加工前用酸洗方法去掉表面薄层氧化皮，

后车削剩余的氧化皮，车削时切削深度应超过氧化皮深度 速度应降低。

刀具材料应选择YG类硬质合金材料。 刀具几何参数选择：前角

1?5倍，走刀量可加大，但切削

gO=4°?8°,后角a0=12°?18°,主偏角？45°?75°,

刃倾角1=0 °，刀尖圆弧半径 r=0.5?1.5mm。

切削用量的选择：主轴转速

n》23Or/min，进给量f >0.10?0.15mm/r，切削深度

ap=1.5 ?2.0mm。

车削时必须注入充足的水溶性油质切削液来降低刀具和工件的温度，提高刀具的耐用 度。

表 1铳削刀 具参数

St\ I ) 祖 □—4 47 4*肇儒卩 V ) 刀金 12—15 30—45 so-斗$ 卩大￡切削平枕 烬削力小.枫床為甜小 15^20 三面刃戦刀 0—5 12—15 主條曲筋剪~捕' 表2常规加工铳削用量 刀且制斟 _________ 切討運僮? ^25 25--35 25^35 切Al玄雀j 〔■■/■in) 豐幡执掾 z C?) 0. 3^0 ! 1 5 2. 5： 09 3^c, 5 50--1J0 50^150 数技加工中心 刼控加工中心 130? >25 100-^150 表3高效加工铳削用量刀具材料 牙具載料 込JJ直径d 〔■J 5能可萱tU 20 O'-300 (J 1. 57 30^40 嘗力临加匚中芒 强力隹血1工申壮 >25 40--I2C SCO--4 DO a. o a 2. ,7 3 / 5

磨削用量及刀具的选择

磨削加工可获得较高精度，但由于钛合金的特有性质决定了钛合金磨削非常困难。 时砂轮磨损严重，容易变钝，磨削比也较低

磨削

；同时易在表面产生有害的拉应力及严重的表面

烧伤现象，因此应尽量避免磨削加工，以精铳代替。

磨削材料选择：磨削钛合金选用绿碳化硅 （TL）、黑碳化硅（TH）两种磨料。如出现磨削烧 伤趋势，应使用人造金刚石或立方氮化硼砂轮，其效果好，但价格昂贵。砂轮硬度选择较软 砂轮R3 ZR1、ZR2,粒度选择46、60为佳，选 A类结合剂。

磨削用量选择见表4。

钛合金零件在磨削过程中必须充分冷却，

否则零件会变色甚至烧伤。磨削液除具有冷却、

润滑和冲洗作用外，更重要的还在于能有效地抑制钛与磨料的粘附和化学反应。

表4磨削用量 xff itjrrr； (?> 0 025^0.。箝 0. 010(匾次) (■■/st) （?/d （越It老俺町 祖 15^38 15—18 10\ 0. 5--4. 0 6 — 12 6 5—4. 0 15—16 15--18 is—M 15--3C 0. (25^0 0^5 0, DlD(CX) 1/5B： 1/101 曲CD菽向冼绪粘*訂珂〕冷工忤台备单听覆砂楚对工狎横向曲劝旦2②缢间連焙花5血上）僭工作每握覺 一桂. 砂帕对工梓纵向碑甜屋. 表5不同规格钻头的螺旋角 ￡—6 6-^18 Wr 50

轉肇痢趴（' ） 4-0--4-2 表6钻头直径与外缘处后角 af的关系 2—6 6—1^ 15^13 10^50 12T帀

1T--20 表7钻头直径D与倒锥度的关系 鮎豪直輕D; （?） 2—6 a. a— 6—ie o.o— 0-. DO le—sc GOA 0, 12 (■B/1 OOBBJ 0 05 表8钻头直径D与切削用量的关系

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主甲蜒建 （z/ainj & C6 —0.11 35(J--3(J0 QEfT. 12 ft 00—0.14 11 — 0.第 V. 1 2*-0. 20 IO'- 15 15-20 230-200 iio-iso 1 2D7D

表9铰削用量 全■謹俺 科 在D n (u) Z50—12U 0 (?) 10—20 12Q—60 0. DEL 痔藪：0. 0. 0帥 Q 说04 0 025 0. OStf 0. 10 袒钗：a. i- 0. 2 榕藪」0 05 C 1 Q sea—4D0 X30 >10—20 400—soa 适当增大钻头顶角， 顶角范围由118°?120°增加到135。?140°,其目的是增强切 削部分并使切削厚度增加，改善钻削效果。

选择合适的螺旋角 b, b角增加，前角也增加，切削轻快，易于排屑，扭矩和轴向力也 小，见表5。 增大钻心厚度，以提高钻头强度。钻心厚度一般为：

K=（0.45?0.32）D , D为钻头直径。

增大钻头外缘处后角， 可以使横刃锋利，改善切削性能，特别对钻心处的钻削加工有明 显改善，外缘处后角选择见表

6。

加工成倒锥K，减小棱带同孔壁摩擦，使钻头切削时扭矩减小，提高效率，倒锥度见表

7。

钻削用量见表8。

钛合金进行钻削和攻丝加工时最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆。 钻削浅孔时，可用电解切削液

铰削用量及刀具的选用

钛合金铰孔是最后一道精加工工序，

不仅要考虑生产率的问题，

更重要的是要保证孔的

；钻削深孔时，可用 N32机械油加煤油，也可用硫化切削

加工质量（精度和表面粗糙度）。为此必须保证刀具质量，合理选择切削用量，注意铰刀与钻 铰模的协调和正确的操作技术。 品零件规定的要求。

刀具材料一般选用 M42高速钢或硬质合金 K30b刀具的几何参数为：

前角g0=3°?7 °

通过钻孔T扩孔（粗铰）T精铰的加工方法，一般都能满足产

后角a0=12°?18°，主偏角？=5°?18°，刃倾角1=0 °。校准部分刃带宽度 b=0.05? 0.15mm，过宽容易同钛合金加工表面粘结，过窄容易在铰削时产生振动。铰刀齿数

Z=4?

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