钛合金加工过程与刀具磨损
​陈超 宋万万 张旺
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​陈超 宋万万 张旺,. 钛合金加工过程与刀具磨损[J]. 冶金学报,20254. DOI:10.12721/ccn.2025.157022.
摘要: 航空航天零件的材质非常重要。钛合金作为航空领域应用的金属材料,具有优秀的综合性能,可以满足飞机需求的要求。本文通过对钛合金零件的分析,研究其本身的性能对刀具的影响,分析刀具磨损加工过程,采集切削过中温度的变化,通过对铣削温度的分析,揭示刀具失效机理,研究整个磨损过程。
关键词: 钛合金分析;刀具磨损加工过程;铣削温度分析
DOI:10.12721/ccn.2025.157022
基金资助:

1.钛合金分析

航空航天制造业的水平标志着工业的水平,钛合金在航空领域的使用率非常高,其本身的密度非常小,具有很高的强度,同时还具有耐腐蚀和耐高温的性能,而对于钛合金的加工具有以下几种特点:

(1)加工过程中零件变形量非常小,在加工过程中会加速刀具的磨损;

(2)钛合金的导热系数与45#相比较非常小,是后者的五分之一到七分之一之间,因此在切削过程中热量不容易被导出,切削温度会升高;

(3)钛合金材料在加工中由于温度升高,同时本身化学活性大,与空气会发生化学反应,容易产生冷硬现象;

(4)本身的力学性能非常好,在切削过程中单位面积上的切削力大。

对于钛合金材料加工中刀具的选择,可以从两个方面进行选择,一方面是对材料的粗加工与半精加工,选取的刀具是粗加工的镶嵌铣刀、整体焊接刀,半精加工的镶嵌玉米铣刀和插铣刀,而对于钛合金精加工选用的是刀具比较多,主要是硬质合金刀,主要是铣刀,齿、角等铣刀。

2.刀具磨损加工过程

对于刀具在对零件加工中,在不考虑任何外部因素情况下,刀具加工示意图如图2.1.

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图2.1  切削示意图

图2.1切削过程中,刀具对零件切削产生三个变形区域,一个区域是刀具切削开始时候产生的变形区域,而随着刀具继续的切削,切削碎屑会沿着刀具面向前排出,会产生第二变形区域,同时在切削过程中,由于刀具刃口和零件表面回弹的挤压,摩擦作用力,最终会在刀具底部产生第三变形区域。

在图2.1切削过程中,增加刀具磨损的分析过程,刀具磨损是在刀具正常切削过程中产生,是刀具切削力与切削升温作用下产生的一种正常变化,物理变化和化学变化同时进行,该种变化对刀具影响很大,对刀具本身的几何形状会产生改变,如图2.2。

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图2.2  刀具磨损示意图

刀具在对零件进行切割时候,刀具的前刀面与后刀面不断的与工件进行相对运动,切屑、刀具、工件具有强烈的摩擦,零件表面质量要得到保证,加工精度需要保证,因此刀具会产生磨损,前刀面相对于后刀面承受的压力大,摩擦力与温度会将刀具表面磨损出一个月牙形状的洼坑,切屑宽度会决定磨损的长度,切屑的厚度会决定宽度,磨损随着切削过程在不断的发生变化,长度会渐渐的不变,宽度和深度还是会不断的扩展。

切削磨损在不断加剧过程中,切削力会随着刀具结构的变化发生变化,如果不能及时的对刀具进行更换,零件表面质量会受到影响,影响零件的质量。

3.铣削温度分析

切削中由于摩擦的原因产生热量,热量会对零件本身和刀具产生影响,切削过程中三个变形区温度产生于传导的方向如图3.1。

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图3.1 切削热的产生于传导

通过图3.1可以将温度换分为三个区域,对应三个变形区域,在第一变形区域产生的是剪切热区域,第二变形区域产生的是刀/屑热区域,第三变形区域产生的是刀/工热区域,分别对应图3.1中的剪切区,刀/屑摩擦区,刀/工摩擦区。

剪切区是在金属切削力对工件作用过程中产生的,零件在挤压变形过程中产生切削热,刀/屑摩擦区是切削屑与刀具前刀面之间产生摩擦,从而产生热量,热量会传递给刀具,对刀具产生影响,刀/工摩擦区产生的热量最少,主要是刀与工件摩擦产生的热量。

切削热主要是前两个区域产生的,温度也是最高的,但是对零件表面质量影响最大的是第三摩擦区,刀具一旦因为前两个区域发生磨损和破坏之后,刀具与工件之间的接触会发生变化,在零件表面会产生切削痕迹和切削缺陷。

切削热的产生是一个能力转化的过程,是切削力对零件做工的能力转换为热量,因此热量产生的速度和温度与切削力有关,通过切削力可以分析出切削温度的分布特性,从而降低切削热量。

结论   

钛合金零件在加工中,由于材料导热系数低,高温化学性高的特点,在切削过程中,很难进行加工,因此在加工中会产生切削高温现象,同时刀具在加工过程中,刀具与零件之间会产生坯料,走刀过程中会产生堆积,进一步加剧刀具的磨损,因此本文通过对刀具磨损过程的分析,了解温度对刀具磨损的影响,计算了解到刀具磨损量,监控刀具的磨损状态,保证零件在加工过程中表面质量,提高航空领域的高度。

参考文献

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