钛合金的高质高效超声振动切削加工

作为一种广泛应用于航空航天领域内的难加工材料,钛合金的高质高效切削一直是机械加工领域中的热点问题.针对其加工过程中的力热聚集问题,一种将高压冷却方式辅助于垂直于切削速度方向振动分离的超声振动切削加工方法被应用于其高质高效加工.首先,刀具和工件周期性的分离条件通过数学方法导出.随后基于此开展了钛合金的车削试验,通过设定不同的切削参数(切削速度、进给量和切深)和冷却参数(冷却液压力),研究了切削力、切削温度、刀具磨损过程、工件表面质量和刀具寿命与相关参数之间的关系.试验结果表明,在满足分离条件的情况下,高压冷却状态下的超声振动切削加工能有效降低切削力和切削温度、延缓刀具磨损速度、改善表面质量和提高刀具寿命.在冷却液压力20 MPa的条件下,钛合金的切削速度能提至400 m/min并保证工件表面质量Ra不超过0.4 μm,实现了刀具长寿命和工件高质高效的切削精加工.     

T11钛合金零件的切削加工

钛合金具有重量轻、强度高、耐高温等优良特性,多用于航空航天以及人工关节等方面,但由于其加工难度大、切削效率低、刀具寿命短而影响了它的应用.文中通过对钛合金材料的机械物理及切削性能的分析,结合典型零件的车、铣、钻工序,介绍了刀具参数、切削参数的优选方法及工艺的制订依据,经实际加工效果证明了所选工艺参数及加工工艺的合理性.     

硬质合金刀具切削钛合金Ti6Al4V界面摩擦特性研究

钛合金Ti6Al4V具有高的比强度、良好的机械性能和抗蚀性,但因其化学活性大、导热系数低,切削时刀具磨损严重。为选择合理切削参数以减少刀具磨损,研究钛合金在不同切削条件下刀-屑/工界面的摩擦特性。结果表明,在切削速度较低时,刀具磨损表面紧密接触区附有大量黏结物,而在切削速度较高时,会产生不稳定粘结物,且刀具与工件材料接触面发生扩散,不稳定黏结物的脱落造成刀具微崩刃,加速刀具的磨损;采用合理的切削速度时,黏附在刀具表面的工件材料会发生氧化反应,生成的氧化物具有一定边界润滑作用,使黏结磨损与氧化磨损达到平衡,因此能减弱刀具-工件间接触时的高温黏结,降低刀具的磨损。     

钛合金细长轴的车削加工

钛合金是一种难切削加工材料,细长轴是一种难加工工件,钛合金细长轴加工难度更大。 一、主要难点 1、钛合金切削性差 主要原因是钛合金强度高,切削力大,导热系数小,切削温度高;化学活性大,易加工硬化;切屑变形系数小,切削力集中于刀尖处,刀具易磨损,耐用度低;弹性模量低,抗弯能力差。 2、细长轴刚性差 工作长度L与直径D之比大于15(即L/D>15)时,一般称为细长轴。加工细长轴时,在切削力和切削热的作用下,容易弯曲变形,并产生     

切削参数对高速切削钛合金刀具磨损的影响

钛合金具有抗腐蚀性、高耐热性以及比强度高等特点,广泛用于医疗化工、航天工业,然而由于其导热系数小、高温化学活性高,切削过程中刀具磨损严重、加工表面质量差等成为加工制造的难题。以Ti6A14V钛合金为研究对象,建立了切削力解析模型,分别选取PCD和TiAlN涂层刀具,通过单因素实验对比研究切削参数对两种刀具高速铣削Ti6Al4V的切削力变化规律,对刀具的磨损形态进行了分析,探究切削参数对高速切削钛合金刀具使用寿命的影响,试验表明:在相同切削条件下硬质合金PCD涂层刀具可有效提高刀具切削Ti6Al4V的使用寿命,该研究对提高国产刀具性能,实现钛合金的高速高效切削有着重要的现实意义。     

基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造

<正>由于密度小、强度/重量比高、高温稳定性好以及耐腐蚀性好等特点,钛合金被广泛应用于航空航天领域。但因钛合金低的导热性、高的化学活性以及弹性模量小等特点,使其切削加工性差、刀具寿命低,被公认为难加工材料,这限制了切削速度和生产率的提高。本文以钛合金高速铣削刀具失效演变对硬质合金涂层刀具性能的要求为指导和依据,以高性能硬质合金刀具材料设计、刀具结构设计和刀具涂层设计为核心,对硬质合金涂层刀具设计理论与方法进行了深入研究和探讨,最终     

钛合金加工用涂层材料DS1的创新应用

<正>钛合金是具有重量轻、比强度高,以及耐氧化、耐腐蚀性优秀等性能的耐热合金,由于这些特性使其在航空航天,化工以及医疗等领域中得到了广泛的应用。但钛合金热传导率较低,在切削中产生的切削热很难通过切屑或工件本身传导出去,切削热大部分堆积在刀具上,极易导致刀具刃口磨损和被加工材料熔覆黏结,所以也被称为难加工材料。针对钛合金的难加工性深入分析,黛杰开发了最新涂层材料DS1。     

钛合金加工的几点进展——访北京航空航天大学机械工程及自动化学院陈五一教授

众所周知,钛合金是一种难加工材料,其主要性能特点有导热系数低、高温强度高、弹性模量低、化学活性强.在加工所产生的高温下,如果是一般材料强度就会下降,比较好切削,而钛合金仍会具有很高的强度;同时,钛合金化学活性又强,容易和刀具材料发生亲和,和空气中的介质发生化学反应,形成一些硬质相、脆性相,使加工难度提高.     

高速铣削近α钛合金的切削温度研究

切削温度不仅直接影响刀具的磨损和耐用度,而且也影响工件的加工精度和已加工表面质量。由于钛合金导热性差和化学亲和性强等原因,通常在其切削加工时切削温度高、刀具磨损严重,致使切削速度难以进一步提高。本文重点对钛合金高速铣削时的切削温度进行试验研究,阐明夹丝半人工热电偶法测温原理和所测热电势信号的物理意义。试验选用了3种不同类型的硬质合金刀具,系统地研究了切削用量、冷却条件及刀具磨损等因素对近α钛合金高速铣削时切削温度的影响。     

数控高速车削TC4温度仿真研究

由于高速切削钛合金TC4在高应变率响应的作用下,改善了其切削加工性能,从而提高了钛合金零件的加工质量。但是高速切削TC4时切削区温度很高,可达到800℃以上,刀具容易失效,严重影响工件的加工精度和表面加工质量、刀具使用寿命。利用Deform-3D仿真并分析了切削用量对切削温度的影响及切削区刀具、工件温度场分布规律。仿真与理论分析结果与有关的实验结论具有一致性,证明该仿真软件的可靠性。该研究结论对刀具设计、切削参数的合理选择有重要意义。     

高效切削钛合金Ti-6Al-4V硬质合金刀具扩散磨损研究

钛合金化学活性高,在切削过程中与硬质合金刀亲和性大,导致刀具易于发生扩散磨损。在使用硬质合金刀具切削钛合金Ti-6Al-4V试验及切削仿真分析基础上,采用SEM的EDAX研究刀具的扩散磨损,通过研究切削温度及刀-屑/工件接触区压力对扩散磨损的影响,并借助相图分析刀-工件之间的元素亲和力,进而研究扩散磨损的形成机理。结果表明:钛合金切削温度高,并且随着切削速度的增加,切削温度上升;在刀-屑以及刀-工件接触区,最高温度处于刀尖部位靠前刀面的位置。钛合金的加工回弹,造成刀-工件接触面摩擦加剧,使得整个接触区域的最高压力位置位于刀尖附近靠近后刀面的位置。在接触区的高温高压下,硬质合金刀具前、后刀面均发生元素扩散,且前刀面扩散现象比后刀面较为严重;随着切削速度的增加,加剧了扩散现象的发生。     

切削加工钛合金的切削参数优化研究

钛合金材料因其具有强度高、耐腐蚀性好、耐热高等特点被广泛用于航空航天、舰船、民用工业等各个领域。而钛合金是典型的难加工材料,切削钛合金的加工效率和质量较低。本文选用了不同种牌号的硬质合金刀具,进行了切削加工TC4钛合金刀具磨损及耐用度试验。基于切削加工钛合金的刀具磨损及耐用度试验结果分析,确定了切削速度、切削深度和每齿进给量等切削参数作为设计变量,建立了以切削加工钛合金最大金属去除率为优化目标函数,依据实际加工条件设计了相应的约束条件,最终建立了切削参数优化数学模型。     

钛合金车削切削力及表面粗糙度优化分析

采用TC11钛合金车削正交试验研究了各车削参数对切削温度和切削力的影响规律,进一步分析车削参数和表面粗糙度的内在联系。结果表明：切削温度与切削力相互影响,当切削速度在50～100m/min时,切削速度越高,刀具对工件挤压越剧烈,且切削温度升高并使工件软化,导致切削力减小。通过极差分析发现,影响切削力的切削参数依次为切削深度>进给量>切削速度,影响切削温度的切削参数依次为切削速度>进给量>切削深度;对于表面粗糙度各切削用量影响程度大小依次为进给量>切削速度>切削深度。在本次试验参数内,得到了最优切削力的切削参数和最优表面粗糙度的切削参数。研究结果对于加工钛合金的切削参数优化提供一定指导。     

液氮低温铣削Ti5553钛合金切削力及刀具磨损研究

采用传统切削液浇注冷却方式加工Ti5553钛合金时，存在刀具磨损快、工件表面粗糙度较高、切削液处理成本高和资源消耗大等问题。针对上述问题，通过对采用低温液氮切削加工Ti5553钛合金方法的研究，设计了低温液氮切削与冷却液浇注切削的对比试验。试验结果表明，采用液氮冷却比切削液冷却的F_x,F_y,F_z分力小，刀具寿命提升约20%。在加入MQL后，液氮冷却具有比切削液更低的工件表面粗糙度。     

薄膜上腔盖的加工改进

钛合金材料具有密度小、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击震动等良好的综合性能,在航天航空产品中应用越来越广泛。但由于其导热系数低、塑性低、硬度高、弹性模量低、弹性变形大等特点,造成钛合金材料切削加工性差,加工周期长。本文通过某型号薄膜上腔盖车工工序的机械加工改进,从零件加工特征,加工路线安排,解决措施,刀具选择加工切削参数及编程技巧方面来论述,为以后加工此类钛合金提供一些借鉴。     

实验室钛合金车削加工技术

钛合金具有强度高、热强度好和抗蚀性强等优点，已广泛应用于航空、航天、航海、化工等工业重要领域。由于钛合金的特性，其切削加工性较差，属于难加工材料，通过多年钛合金加工的生产实践总结研究，探索出一些合理的车削加工刀具几何角度及切削参数选择原则及切削注意事项，为钛合金的切削加工提供有益的参考。     

高效切削钛合金材料的数控铣削方法

钛合金主要用于航空航天领域,其强度、冲击韧性大,热扩散率小,因此,在加工钛合金时切削温度高,相同条件下,加工TB15的切削温度比45钢高出1倍以上,加工时产生的热量很难通过工件释放;钛合金的比热容小,加工时局部温度上升快,因此,造成刀具温度很高,刀尖急剧磨损,使用寿命降低。     

PCBN刀具高速切削钛合金切削力和表面质量的研究

针对PCBN刀具材料和钛合金Ti6Al4V工件材料的特点,采用单因素试验法,对切削力和已加工表面粗糙度进行研究。通过与其它刀具材料作对比,证明了PCBN在高速、低进给量、低背吃刀量下切削钛合金可以得到较平稳的切削力和较低的工件已加工表面粗糙度。     

钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削切屑特征和刀具磨损研究

难加工材料钛合金在采用传统铣削方式时,随着切削速度的增加,切削力和切削温度都迅速增加,使得切削条件恶化并加速刀具磨损,从而导致刀具过早失效。将超声椭圆振动加工技术引入到高速铣削中,进行了钛合金高速旋转超声椭圆振动侧铣削试验。从切屑特征以及刀具后刀面磨损两个方面研究了高速超声椭圆振动铣削参数匹配对钛合金加工的影响。首先基于高速超声椭圆振动铣削过程中刀具-工件的运动学特点推导出高速超声椭圆振动铣削加工参数与振动参数间的匹配关系,然后利用本实验室自行研制的超声椭圆振动铣削装置进行了不同参数匹配关系下的验证性切削试验。试验结果表明：合理的参数匹配使得超声椭圆振动铣削在高速条件下依然能够实现分离型断续切削加工。相比普通铣削加工,分离型的高速超声椭圆振动铣削能够获得更加微细的切屑,切削热能够被及时地带走;良好的切削条件使得刀具的后刀面磨损均匀而缓慢,从而延长刀具的使用寿命;高速超声椭圆振动铣削能够有效地提高生产效率。     

工具钢在超声波振动条件下的切削研究

运用超声波振动驱动PCD刀具对Stavax工具钢进行切削试验,并对比研究普通切削和超声波振动切削的加工工件表面粗糙度和刀具磨损试验结果,获得超声波振动切削时工件表面粗糙度、刀具磨损与加工参数之间的变化规律.