现代先进刀具在钛合金上的应用

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1、Futurec㈨哪恻未来刀具现代先进刀具在钛合金上的应用ApplicationofModernAdvancedCuttingToolforTitaniumAlloyMachining赵正兴瓦尔特公司机械加工、刀具应用工程师。主要负责产品工艺开发、加工刀具应用及指导客户正确选择和使用刀具。钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。钛及钛合金因具有优异的综合力学性能，在航空航天、瓦尔特(无锡)有限公司赵正兴钛合金是难加工材料，使原来传统的刀

2、具时，由于刀具结构、材料等因素，加工参数非常低，所以在钛合金结构件的加工上需要耗费大量的时间，在批量加工时需要占用大量的机床，形成一个加工瓶颈。随着现代刀具的发展，及人们对钛合金研究的加深，在钛合金的加工上有了越来越多的成熟经验，尤其瓦尔特公司在工艺方案及刀具加工上是强项。船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度重视和广泛应用。钛合金组成钛是一种新型金属，99．5％工业纯钛的性能为：密度P=4．59／cm3，熔点为1725℃，导热系数A=15．24W／(m·K)，抗拉强度o-b=539MPa，伸长率6=25％，断面收缩率沙=25％，弹性模量E=I．078X105MPa，硬度HBl95。钛

3、合金的密度一般在4．519／crfl3左右，仅为钢的60％，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。钛是同素异构体，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为if_钛；在882℃以上呈体心立方晶格结构，称为B钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有3种基体组织，钛合金也就分为以下3类：仅合金、(o【+13)合金和13合金，国内分别以TA、TC、TB表示。钛合金的切削性能钛合金材料具有比强度高、耐腐蚀性好(优于最好的不锈钢，且像钢一样易于铸造和锻造加工)等特点，是现代先进飞机受力件的主选材料之一。但是钛合

4、金的机械加工性有诸多不利的特性，属于难加工材料，原因在于：(1)屈服极限和强度极限之比高达0．85～0．95(钢仅为0．65～0．75)，2013年第6期·航空制造技术55论坛F帆"导致冷作硬化，增大冷作硬化层，降低合金塑性，加剧刀具磨损，在刀具选择上必须用耐磨、锋利的刀具。(2)切削温度高：钛的导热系数入=15．24W／(m·K)约为镍的1／4，铁的l／5，铝的1／14。由于钛合金的导热系数很小而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号

5、钢时高出1倍以上，所以在加工钛合金时，必须冷却要足够充分。(3)单位面积上的切削力大。主切削力比切钢时约小20％，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损，不易保证零件的尺寸精度和形状精度，刀具切削之后，加工表面的回弹量很大，为不锈钢的2-3倍，造成刀具后刀面强烈的摩擦、粘附、粘结磨损。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。(4)高温下的钛合金与空气中的化学作用很强，在300℃以上高温作用下，钛合金易与大气中的O，、56航窄制造技术·2013年第6期N，、H，、CO

6、等物质产生强烈的化学反应，生成硬化层，加速刀具磨损。(5)钛合金易粘附刀具，这是因为刀具与切削单位接触面积压力增大，使已加工表面产生回弹作用，切削后的切屑与刀具表层材料产生“亲和”作用，呈现粘刀一粘结一扩散过程，加快刀具磨损。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。现代刀具的发展，刀具表面都有涂层，提高其耐磨性、抗粘结，达到提高刀具寿命。零件加工方案的制定在大量应用钛合金的飞机上，钛合金的比重占飞机的总重量超过50％以上。其结构一般为薄壁、小型腔结构为主，要求表面粗糙度、精度高，且一般厚度在2-5ram，在整个加工过程中金

7、属去除量大，可达整个毛坯材料的90％以上。钛合金是难加工材料，使用原来传统的刀具时，由于刀具结构、材料等因素，加工参数非常低，所以在钛合金结构件的加工上需要耗费大量的时间，在批量加工时需要占用大量的机床，形成一个加工瓶颈。随着现代刀具的发展，及人们对钛合金研究的加深，在钛合金的加工上有了越来越多的成熟经验，尤其瓦尔特公司在工艺方案及刀具加工上是强项。下面就瓦尔特刀具在钛合金TC21的加工方案及刀具做简要的探讨。作为我国自