CN111958029A - 一种钛合金材料铣削的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钛合金材料铣削的加工方法，首先将刀具齿形设计为波浪形，波长为12‑15mm，幅值为0.5‑1mm；加工时，采用动力铣削方式，用刀具圆周刃取代刀具的端齿进行加工；进给方式为间歇性进给。本发明利用金属切削机理，改善刀具切削进给方式，通过间歇式切削进给方式、用钨钴类波刃硬质合金刀具替代钨钛类直齿硬质合金刀具，提高了钛合金余量切除的加工效率。有效解决上述不足和问题，实现对钛合金材料的高效切除加工，特别是对薄璧、深腔、刚性差的钛合金零件加工时，加工振动小，刀具寿命显著提高。
Description
技术领域
本发明属于机械制造的加工领域，具体涉及一种钛合金材料铣削的加工方法,特别适用于薄璧、深腔、刚性差的钛合金零件余量去除加工。
背景技术
对钛合金材料进行铣削加工时，在加工中，针对钛合金材料的加工情况，现行技术一般采用：(1)传统的方法是利用钨钛类直齿硬质合金铣刀端齿进行加工；(2)或采用连续进给方式进行铣削。现行技术在加工过程中，针对钛合金材料余量去除效果，存在局限性：(1)传统的方法是利用钨钛类硬质合金直齿铣刀端齿进行加工，加工时端齿磨损快,主轴转速受到限制跟不上去，进给量小,效率低；(2)特别是对于薄璧、深腔、刚性差钛合金零件，采用常规的连续进给方式加工，加工振动大、排屑困难，冷却液浇注效果差,材料加工硬化严重；(3)采用钨钛类整体硬质合金对钛合金材料进行连续切削加工,材料的热导系数低，铣削时的切削热不易传递出去，在切削区内积累了大量的切削热，刀尖处易形成高温，刀具磨损严重；(4)当温度为500-800℃时，材料的抗拉强度达到最高值，因此铣削这类材料时，铣削速度一般不宜超过10m/min，效率极其低下。
发明内容
本发明提供一种钛合金材料铣削的加工方法，要解决的技术问题是：解决了钛合金加工过程中由于主轴转速低、进给量小，造成加工过程时有振动发生的技术问题；解决了由于刀具排屑和散热困难以及冷却液浇注困难导致刀具磨损十分严重的问题，解决了生产效率低下等问题。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于：
首先将刀具齿形设计为波浪形，波长为12-15mm，幅值为0.5-1mm；
加工时，采用动力铣削方式，用刀具圆周刃取代刀具的端齿进行加工；
进给方式为间歇性进给。
有益效果：本发明利用金属切削机理，改善刀具切削进给方式，通过间歇式切削进给方式、用钨钴类波刃硬质合金刀具替代钨钛类直齿硬质合金刀具，提高了钛合金余量切除的加工效率。有效解决上述不足和问题，实现对钛合金材料的高效切除加工，特别是对薄璧、深腔、刚性差的钛合金零件加工时，加工振动小，刀具寿命显著提高。
附图说明
图1为刀具示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的A-A视图；
图4为图1的B-B视图；
图5为图1的K向视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提出的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、设计刀具：
选择材料：根据钛合金材料的铣削特点，选择高温高硬度、强度大、韧性好、抗磨损能力强和加工工艺性好的钨钴类硬质合金作为刀具材料，细晶粒和超细晶粒的钨钴类硬质合金,由于具有较高的强度、冲击韧度和硬度,抗粘接磨损的能力强,更适合于连续和断续切削。
确定几何参数：刀具齿形设计为波浪形，波长为12-15mm，幅值为0.5-1mm，使其与被加工工件的接触切削刃长度较短，刀具不易产生振动，波浪形刀刃还能使切削刃的长度有效增大，有利于散热，还可以使切削液较易渗入切削区，能充分发挥切削液的效果；径向前角10-16度，后角9度，提高刀具锋利程度，减小后刀面与工件的摩擦，容屑槽开口角度为34-45度，略小于普通刀具容屑槽，使刀具刚性增强。
S2、加工方式：
采用动力铣削方式，用刀具圆周刃取代刀具的端齿进行加工，充分利用好刀具圆周刃，使切削深度ap为15-30mm，切削宽度ae为0.5-1mm，采用和改善前同样的进给量f＝600-800mm/min进行切削加工。
与现有的加工方式中ap为0.5-1mm，ae为刀具直径相比，提高了金属切除率Q，(改善前Q1＝0.75×10×f＝7.5f/min,改善后：Q2＝0.5×30×f＝15f/min),将加工效率提高了1倍以上。
S3、进给方式：利用刀具圆周刃切削，实现刀具间歇性进给。
具体为：每次圆周刃切深0.3-0.5mm后，让刀具回退一定距离0.1-0.2mm，使刀具离开却削位置即可，如此反复循环，既保证刀具与工件短时间接触又减小刀具与工件的瞬时切削抗力。
用刀具周刃代替端齿进行加工，使切削宽度减小，切削深度增加，使单位时间金属切除率提高，解决了生产效率低下等问题；而且彻底解决了由于刀具排屑和散热困难以及冷却液浇注困难问题。
本发明刀刃为波形，使它与被加工工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生振动；波形刀刃还能使切削刃的长度增大，有利于散热。它还可以使切削液较易渗入切削区，能充分发挥切削。
采用动力铣削方式，充分利用好刀具周刃，使切削深度增加，切削宽度变小，采用和改善前同样的进给量f进行切削加工,提高了金属切除率Q一倍以上。
细晶粒和超细晶粒的钨钴类硬质合金,由于具有较高的强度、冲击韧度和硬度,抗粘接磨损的能力强,更适合于连续和断续切削。
利用金属切削机理，改变加工进给方式，优选刀具材料，改变刀具切削刃形状,由端齿铣削改为周齿铣削；解决了钛合金加工过程中由于主轴转速低、进给量小，造成加工过程时有振动发生的技术问题；避免因切削不稳定，因切削温度急剧上升、排屑困难，刀具磨损十分严重的问题；由于薄璧、深腔、刚性差零件加工过程中易振动，用常规进给方式，高速时无法进行加工，用本方法可以实现高速加工，提升了加工效率和刀具耐用度。
采用这种方式铣削，能有效降低铣削力，防止铣削时产生振动，并显著地提高铣削效率。如图所示,钨钴类波刃硬质合金立铣刀具有较高的韧性和强度，它能将狭长的薄切屑变为厚而短的碎切屑，使排屑顺畅。由于刀刃为波形，使它与被加工工件接触的切削刃长度较短，刀具不易产生振动；波形刀刃还能使切削刃的长度增大，有利于散热。它还可以使切削液较易渗入切削区，能充分发挥切削液的效果。
本发明方法使切削速度大幅提高，进给速度也相应提高1-2倍，单位时间里的材料去除率大大增加，一般可以达到1-2倍甚至更高。克服了由于传统加工方法切削速度低、刀具径向力大幅增加、绝大部分切削热传到了工件上、刀具耐用度急速降低等弊端，采用间歇式进给方式，实现了机加高转速高效切削、发挥了钨钴类波刃硬质合金刀具高质量切削的优势。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于：
首先将刀具齿形设计为波浪形，波长为12-15mm，幅值为0.5-1mm；
加工时，采用动力铣削方式，用刀具圆周刃取代刀具的端齿进行加工；
进给方式为间歇性进给。
2.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，刀具材料为细晶粒和超细晶粒的钨钴类硬质合金。
3.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，采用进给量f＝600-800mm/min进行切削加工。
4.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，进给方式具体为：每次圆周刃切深0.3-0.5mm后，让刀具回退一定距离，使刀具离开切削位置即可，如此反复循环。
5.根据权利要求4所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，刀具回退距离为0.1-0.2mm。
6.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，加工时，切削深度ap为15-30mm，切削宽度ae为0.5-1mm。
7.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，刀具径向前角10-16度。
8.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，刀具后角为9度。
9.根据权利要求1所述的一种钛合金材料铣削的加工方法，其特征在于，刀具容屑槽开口角度为34-45度。
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