CN104227019A - 一种薄壁钛合金零件的切削工艺 - Google Patents

一种薄壁钛合金零件的切削工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN104227019A
CN104227019A CN201310238324.4A CN201310238324A CN104227019A CN 104227019 A CN104227019 A CN 104227019A CN 201310238324 A CN201310238324 A CN 201310238324A CN 104227019 A CN104227019 A CN 104227019A
Authority
CN
China
Prior art keywords
during
cutting
roughing
titanium alloy
semifinishing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201310238324.4A
Other languages
English (en)
Inventor
华兆红
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Original Assignee
WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY filed Critical WUXI SENXIN PRECISION MACHINERY FACTORY
Priority to CN201310238324.4A priority Critical patent/CN104227019A/zh
Publication of CN104227019A publication Critical patent/CN104227019A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B1/00—Methods for turning or working essentially requiring the use of turning-machines; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2215/00—Details of workpieces
    • B23B2215/64—Thin walled components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Turning (AREA)

Abstract

本发明涉及一种薄壁钛合金零件的切削工艺。所述工艺选用适合加工钛合金材料的刀具材料、角度、切削要素，提高刀具加工耐用度及减小工件变形效果显著，提高了工件加工质量，通过多批次1000个工件加工，没改进前工件合格率仅有70％，改进后合格率提高到97％左右。

Description

一种薄壁钛合金零件的切削工艺
技术领域
本发明涉及薄壁钛合金零件的切削工艺。
背景技术
钛比重为4.54g/cm3，仅为钢（7.8g/cm3）的58％，钛合金的比强度、比刚度、抗腐蚀性和结合性能良好，高温变形小，抗疲劳和蠕变性能也好。据统计，在国防产品的部件中，利用钛合金材料制作的结构件占据总部件总数的90%，钛合金在国防产品中的应用日益增加。但是钛合金材料切削时，刀具磨损快，易产生粘刀，在刀尖上形成积屑瘤，切削要素影响工件的加工质量。
钛合金材料工件加工最大的瓶颈是材料难加工、刀具磨损快、吃刀抗力大等。在没掌握钛合金材料的切削技术前，壳体工件的加工难度太大，主要是：刀片材料磨损大，刀尖经常崩刃；切削时工件加工面出现齿纹状的波纹，表面光洁度达不到技术要求；刀具加工时主切削力太大，造成机床振动，使工件变形。影响加工因素有很多，主要体现以下几个方面：
（1）钛合金材料组织切削加工性差。钛合金材料组织复杂，亲和力大，晶格原子不易脱离平衡位置，在高温高压下易产生粘刀现象。
（2）钛合金材料变形系数小。钛合金材料工件加工时的一个显著特点是切削变形系数小于、等于1，切削不但不收缩，且有所变长，造成前刀面被切削流动摩擦的路径大大上升，加剧了刀具的磨损。
（3）钛合金材料加工切削温度高。钛合金材料的导热系数小于不锈钢和高温合金，散热条件差，使切削区温度迅速上升，切削区温度远高于其他材料的温度，积于切削刃附近不易散发，造成加工的刀尖附近应力集中，刀具磨损崩刃。
（4）钛合金材料加工单位面积切削力大。钛合金材料的加工单位面积的切削力大，主切削力比一般结构钢小20％左右，由于刀具与切屑的接触长度短，切削压力集中在切削刃附近的小小接触面积上，故单位接触面积上所承受的切削力大大上升，造成刀、屑接触处的磨擦系数加大，加快了刀具前刀面的磨损。
（5）钛合金材料加工易产生表面污染层。由于钛的化学活性大，易与各种气体杂质产生化学反应，如：Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｃ等元素浸入钛合金中，形成间隙式固溶体，使表面晶格严重弯曲，塑性降低，与Ｎ、Ｃ作用，形成硬度高的ＴｉＮ、ＴｉＣ等硬层，导致刀具产生缺口、崩刃、剥落等。
（6）钛合金薄壁工件切削产生震动变形。钛合金薄壁工件在切削加工过程中易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
有文献指出：切削钛合金时采用不含氯的切削液能避免钛材料在高温下与大气中氧、氮、氢发生反应产生脆硬层加快刀具磨损；薄壁钛合金加工时，减小主偏角，采用正的刃侵角能提高刀具工件表面加工质量；钛合金材料加工切削采用PCD材料刀具，可提高切削用量。这些原则有助于解决问题，但是加工时具体的刀具材料、角度、切削用量、切屑排放方法，仍没有文献可查。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种薄壁钛合金零件的切削工艺。所述工艺选用适合加工钛合金材料的刀具材料、角度、切削要素，提高刀具加工耐用度及减小工件变形效果显著，提高了工件加工质量，通过多批次1000个工件加工，没改进前工件合格率仅有70％，改进后合格率提高到97％左右。
本发明所采用的技术方案为：
一种薄壁钛合金零件的切削工艺，其特征在于：
选用YG643、YG10HT、IC907合金材料牌号的刀片作为刀具材料；
刀具角度为：前角粗加工时：3-5°，半精加工时：5-10°，精加工时：8-20°；后角粗加工时：10-12°，半精加工时：10-12°，精加工时：12-15°；主偏角粗加工时：75°，半精加工时：30-75°，精加工时：45°；副偏角粗加工时：5-15°，半精加工时：15°，精加工时：15-30°；刃倾角粗加工时：0-4°，半精加工时：0-4°，精加工时：4-8°；
切削用量为：粗加工:机床转速:140～170r/min，吃刀量:1～2.5mm；半精加工:机床转速150～180r/min，吃刀量:0.5～1mm；精加工:机床转速170～200r/min，吃刀量:0.1～0.5mm。
采用中空刀杆浇注切削液。
以下进行详细描述：
通过以上对钛合金材的切削加工难点分析，解决措施主要概括起来就是：选择合适的加工刀具的角度，可以提高刀具使用寿命；减小刀具主切削力，提高工件表面加工质量、效率，消除工件变形；另外根据壳体工件加工工序的类别不同，加工刀具的角度也要随之变化，应用以下方法。
（1）合理选择刀具材料提高刀具的耐用度
锋钢材料的刀具由于多为Ｗ18Ｃｒ4ｖ，高温性能差，仅能耐400℃以下高温，仅适于加工切削抗拉强度大于85ｋｇ／ｍｍ2的钢件或铸铁件。加工钛合金材料时必须选用耐磨性高、抗弯强度高、导热性好，抗粘接、抗氧化、抗震性的硬质合金刀片。选择ＹＧ（Ｋ）即钨钴类（或含有少量其他碳化物）硬质合金刀片，加工效果好；ＹＴ（Ｐ）即钨钛钴类硬质合金刀片加工时磨损严重，效果不好，不宜使用。
宜选用YG643、YG10HT、IC907合金材料牌号的刀片，优选IC907。
（2）选择合理的角度提高刀具的强度
钛合金材料工件粗加工时，加工余量较大，加大刀具的主偏角，增加刀具的强度，使工件加工时径向力变小，避免震动；适当地加大前角，减小切削刃单位长度上的负荷，散热快、提高刀具的使用寿命。在精加工时余量较小，切削变形和切削抗力小，因此刀具磨损较小；选取较小的走刀量，主要是提高工件表面加工质量、消除变形、保证加工精度为主，因此刀具可选择较大的前角和后角，增大偏角使刀具切削锋利，提高了工件加工表面质量。例如：前角约增大1倍；粗加工后角加倍，半精加工和精加工后角增大约30％；主偏角增大约50％；粗加工副偏角约增为2～5倍，半精加工和精加工副偏角约增大1倍，使刀片的耐用度提高3倍。
选取的刀具角度：
前角粗加工时：3-5°；半精加工时：5-10°；精加工时：8-20°；
后角粗加工时：10-12°；半精加工时：10-12°；精加工时：12-15°；
主偏角粗加工时：75°；半精加工时：30-75°；精加工时：45°；
副偏角粗加工时：5-15°；半精加工时：15°；精加工时：15-30°；
刃倾角粗加工时：0-4°；半精加工时：0-4°；精加工时：4-8°；
（3）采用合理的切削用量避免机床震动减少变形
工件为薄壁，每进行一次加工应力释放一次。加工应力是在工件逐次工序切削加工下完成释放的，从粗加工直接进入到精加工，加工余量太大，应力得不到完全释放，且走刀量太快，造成径向切削力加大，使工件变形，造成工件报废。因此工件加工工序应选择：粗→半精→精加工，并选择合理的切削用量，消除工件切削过程中刀具引起的震动，避开了工件与机床的共振，避免了切削时的震动引起的变形。例如：在粗加工相同条件下，增加半精加工工序，减少工件变形，精加工切削速度提高加倍，走刀量、切削深度减少1倍左右，控制了工件变形，消除了机床振动。
选取的切削用量粗加工:机床转速:140～170r/min，吃刀量:1～2.5mm；半精加工:机床转速150～180r/min，吃刀量:0.5～1mm；精加工:机床转速170～200r/min，吃刀量:0.1～0.5mm
（4）采用合理的浇注方式提高加工质量
钛合金材料切削加工时切削区温度高，需添加切削液降低切削温度，提高加工质量及降低刀具的疲劳强度。壳体工件开始加工时，我们选用外表面浇注，在离心力作用下浇注液体迅速脱离工件表面，达不到冷却效果。
采用中空刀杆浇注，冷却液喷管通过刀杆直接加入到刀具的切削区，避免了积屑瘤的产生，降低了切屑区的温度，提高了工件加工质量。浇注液通过刀杆直线运动，并随工件联动，浇注液始终喷在工件上，及时带走切屑，降低切屑区温度，提高工件表面加工质量。
本发明的优点是：经选用适合加工钛合金材料的刀具材料、角度、切削要素，提高刀具加工耐用度及减小工件变形效果显著，提高了工件加工质量，通过多批次1000个工件加工，没改进前工件合格率仅有70％，改进后合格率提高到97％左右。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例一
工件材料为钛合金TC4，外圆尺寸Ф46mm公差为0.039mm，壁厚2mm，长度为60mm公差为0.046mm，外螺纹为M50×75－6h，孔Ф30mm公差为0.021mm，孔的跳动为0.015mm，外圆跳动为0.03mm
工件为曲线薄壁回转体形状，采取车削加工形式。Ф46mm外圆及Ф30mm长短尺寸精度及形位公差要求高，因此Ф46mm、Ф30mm长短尺寸和外螺纹需要一次加工而成精加工时，定位基准为Ф42mm孔及端面，采用双压板形式，车削余量单边0.5mm，分两次循环车削，加工时Ф42mm孔及端面为工艺外圆为定位基准，先压Ф30mm内端面，Ф42mm孔及端面保证AB基准垂直，工件不动，换压板压住Ф42mm孔端面，车内腔到尺寸，消除径向夹紧力引起的弹性变形，保证了定位基准的尺寸精度；车外形时同样采用双压板形式，定位基准为精加工到尺寸的42mm孔及端面，加工余量单边0.5mm，首先压住台阶圆端面，车长短尺寸60mm，并镗孔Ф30mm，工件不动，换压板压30mm外端面，将外形一次车成形，保证工件外形尺寸精度及形位公差要求
选择不含或少含TiC的硬质合金刀具:YG643IC907合金材料牌号的刀片，提高了刀具材料的红硬性抗弯强度导热性抗氧化抗粘接抗扩散性能，提高了刀具寿命，比原采用的普通涂层刀具寿命由20min提高到120min降低了工具损耗成本，提高了加工效率，保证了工件加工质量。
采用合理的刀具角度和切削方向减小主切削力，选取的刀具角度:：
前角粗加工时：3-5°；半精加工时：5-10°；精加工时：8-20°；
后角粗加工时：10-12°；半精加工时：10-12°；精加工时：12-15°；
主偏角粗加工时：75°；半精加工时：30-75°；精加工时：45°；
副偏角粗加工时：5-15°；半精加工时：15°；精加工时：15-30°；
刃倾角粗加工时：0-4°；半精加工时：0-4°；精加工时：4-8°；
刀尖圆弧粗加工时：1-1.5mm；半精加工时：1mm；精加工时：0.3-0.5mm；
实践证明采用上述角度及切削放方向，减小了主切削力，有效地减小工件切削变形此外，加工TC4材料的刀具要求切削刃锋利；前后刀面的粗糙度应足够细；切削刃在刃磨后不允许有毛刺烧伤缺口和裂纹；刀具宜采用硬质合金砂轮刃磨。
合理的切削用量粗加工:机床转速:140-170r/min，吃刀量:1-2.5mm；半精加工:机床转速150-180r/min，吃刀量:0.5-1mm；精加工:机床转速170-200r/min，吃刀量:0.1-0.5mm。避免了切削时的振动引起的变形，提高加工精度加工时添加极压乳化液或极压切削油冷却，降低工件切削区的温度，及时带走切屑，避免了积屑瘤的产生，提高了工件加工表面质量。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (2)

1.一种薄壁钛合金零件的切削工艺，其特征在于：
选用YG643、YG10HT、IC907合金材料牌号的刀片作为刀具材料；
刀具角度为：前角粗加工时：3-5°，半精加工时：5-10°，精加工时：8-20°；后角粗加工时：10-12°，半精加工时：10-12°，精加工时：12-15°；主偏角粗加工时：75°，半精加工时：30-75°，精加工时：45°；副偏角粗加工时：5-15°，半精加工时：15°，精加工时：15-30°；刃倾角粗加工时：0-4°，半精加工时：0-4°，精加工时：4-8°；
切削用量为：粗加工：机床转速:140～170r/min，吃刀量:1～2.5mm；半精加工:机床转速150～180r/min，吃刀量:0.5～1mm；精加工:机床转速170～200r/min，吃刀量:0.1～0.5mm；
采用中空刀杆浇注切削液。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于：选用IC907合金材料牌号的刀片作为刀具材料。
CN201310238324.4A 2013-06-14 2013-06-14 一种薄壁钛合金零件的切削工艺 Pending CN104227019A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310238324.4A CN104227019A (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种薄壁钛合金零件的切削工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310238324.4A CN104227019A (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种薄壁钛合金零件的切削工艺

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104227019A true CN104227019A (zh) 2014-12-24

Family

ID=52216419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310238324.4A Pending CN104227019A (zh) 2013-06-14 2013-06-14 一种薄壁钛合金零件的切削工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104227019A (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107096950A (zh) * 2017-04-20 2017-08-29 榆林学院 一种提高镁合金表面质量的铣削加工方法
CN107175470A (zh) * 2017-06-02 2017-09-19 中国航发南方工业有限公司 钛合金零件的异形深槽加工方法
CN108856731A (zh) * 2018-09-29 2018-11-23 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种电真空用金属陶瓷封接合金的车削加工工艺
CN108971522A (zh) * 2018-09-29 2018-12-11 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种微波等离子体炬管用gh4169合金的车削加工工艺
CN108971520A (zh) * 2018-09-29 2018-12-11 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种微波等离子体矩管用40CrNiMo合金的车削加工工艺
CN109604957A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种高精度结构开放式薄壁钛合金零件的加工方法
CN109996629A (zh) * 2016-11-08 2019-07-09 山特维克知识产权股份有限公司 机械加工ti、ti合金和ni基合金的方法
CN110394604A (zh) * 2019-07-31 2019-11-01 成都航空职业技术学院 一种钴基高温合金薄壁套零件的加工方法和加工装置
CN111791094A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 威海多晶钨钼科技有限公司 车削超硬材料刀具及其刃磨方法
CN115156564A (zh) * 2022-07-27 2022-10-11 哈尔滨工业大学（深圳） 一种镍基粉末高温合金涡轮盘表面完整性的车削加工方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109996629B (zh) * 2016-11-08 2021-09-03 山特维克知识产权股份有限公司 机械加工ti、ti合金和ni基合金的方法
CN109996629A (zh) * 2016-11-08 2019-07-09 山特维克知识产权股份有限公司 机械加工ti、ti合金和ni基合金的方法
CN107096950A (zh) * 2017-04-20 2017-08-29 榆林学院 一种提高镁合金表面质量的铣削加工方法
CN107175470A (zh) * 2017-06-02 2017-09-19 中国航发南方工业有限公司 钛合金零件的异形深槽加工方法
CN107175470B (zh) * 2017-06-02 2019-03-05 中国航发南方工业有限公司 钛合金零件的异形深槽加工方法
CN108856731A (zh) * 2018-09-29 2018-11-23 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种电真空用金属陶瓷封接合金的车削加工工艺
CN108971522A (zh) * 2018-09-29 2018-12-11 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种微波等离子体炬管用gh4169合金的车削加工工艺
CN108971520A (zh) * 2018-09-29 2018-12-11 安徽新芜精密装备制造产业技术研究院有限公司 一种微波等离子体矩管用40CrNiMo合金的车削加工工艺
CN109604957A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种高精度结构开放式薄壁钛合金零件的加工方法
CN110394604A (zh) * 2019-07-31 2019-11-01 成都航空职业技术学院 一种钴基高温合金薄壁套零件的加工方法和加工装置
CN111791094A (zh) * 2020-03-24 2020-10-20 威海多晶钨钼科技有限公司 车削超硬材料刀具及其刃磨方法
CN111791094B (zh) * 2020-03-24 2022-04-01 威海多晶钨钼科技有限公司 车削超硬材料刀具及其刃磨方法
CN115156564A (zh) * 2022-07-27 2022-10-11 哈尔滨工业大学（深圳） 一种镍基粉末高温合金涡轮盘表面完整性的车削加工方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104227019A (zh) 一种薄壁钛合金零件的切削工艺
Rahman et al. Machinability of titanium alloys
CN105563665B (zh) 金刚石涂层刀具与制备方法及其在石墨高速加工中的应用
CN101905344B (zh) 镍基高温合金的深窄槽加工方法
CN205167262U (zh) 应用于石墨高速加工中的金刚石涂层刀具
CN101716691A (zh) 主动型断屑钻头
CN109014258A (zh) 一种用于钛合金半精加工的可转位车刀片
CN102303159B (zh) 整体式全陶瓷螺旋立铣刀
CN102950335A (zh) 一种金属陶瓷铰刀
CN114160855A (zh) 一种最速曲线螺旋刃圆柱立铣刀
CN103042259A (zh) 一种内冷阶梯钻
CN102717342A (zh) 一种可实现无机复合材料高效加工的铣磨工具
CN201609780U (zh) 主动型断屑钻头
CN206382607U (zh) 一种金刚石螺旋铣刀
CN203316752U (zh) 高强度钢高性能切削用超硬刀具
CN209272568U (zh) 一种加工马氏不锈钢阀体内孔的单刃反向成型刀
CN103071822B (zh) 高强度钢高性能切削用超硬刀具
CN102328125A (zh) 立铣刀
CN109014255B (zh) 一种用于加工淬火金属材料的刀具
CN211028098U (zh) 一种高效硬质合金挤压模具
CN216884666U (zh) 柔性石墨电极板流道加工刀具
CN220178253U (zh) 一种与金属3d打印材料攻牙件配套的麻花钻
CN216028138U (zh) 一种机夹焊接重型车刀
CN110421202A (zh) 一种切削刀具及其刀头结构
CN217070994U (zh) 一种槽刀

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20141224