高速銑削鈦合金的切削力和切削溫度
切削力和切削溫度試驗在Mikron UCP710五坐標(biāo)高速加工中心上進(jìn)行，采用Kistler9265B動態(tài)測力儀及Kistler5019電荷放大器對銑削力進(jìn)行測量，采用夾絲半人工熱電偶方法對銑削溫度進(jìn)行測量。試驗用刀具為Walter WMG40硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片，工件材料為鈦合金TA15，熱處理狀態(tài)為退火。采用單因素試驗，考察不同銑削速度下切削力和切削溫度的變化規(guī)律。其他切削條件為：軸向切深ap=6mm，徑向切深ae=1mm，每齒進(jìn)給量fz=0.1mm/z。為典型的銑削力信號圖以及后刀面磨損VB=0.15mm 時的切削力與銑削速度關(guān)系曲線。銑削力的方向定義為：進(jìn)給方向為X，銑刀徑向切深方向為Y，刀具軸向為Z。可以看到在此范圍內(nèi)，F(xiàn)x和Fz變化不大，而Fy隨切削速度的提高略有下降。試驗和理論表明：一方面隨著切削速度的上升，兩個因素會導(dǎo)致切削力的增加。首先是由斷續(xù)切削造成的切削力沖擊和動態(tài)切削力的數(shù)值會增加;其次，材料的應(yīng)變硬化程度嚴(yán)重，導(dǎo)致剪切區(qū)變形抗力增加。另外一方面，切削速度上升導(dǎo)致的切削溫度上升也會使被加工材料軟化，使切削力減小。所以，切削速度對切削力的影響，要看這兩方面綜合作用的結(jié)果。當(dāng)?shù)毒吆蟮睹婺p達(dá)到一定程度時，隨著切削速度的增加，由溫度升高所導(dǎo)致的材料軟化影響占主導(dǎo)地位，其作用超過動態(tài)切削力增加和應(yīng)變硬化增加兩方面的影響，所以總的銑削力呈下降趨勢。
典型的銑削溫度熱電勢信號及50～550m/min 切削速度范圍內(nèi)的切削溫度與銑削速度的關(guān)系。切削溫度隨銑削速度增加有一直上升的趨勢，但是在不同的速度范圍內(nèi)，切削溫度上升的程度是不同的。在較低的速度范圍內(nèi)，溫度隨切削速度而上升的趨勢較快，而在較高的速度范圍內(nèi)，溫度隨切削速度而上升的趨勢變緩。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在于，隨著切削速度的增加，傳入切屑的熱量比例增加，更多的熱量被切屑帶走;而傳入工件和刀具的熱量的比例減小，相應(yīng)的刀具和工件的溫度升高也不明顯。
高速銑削鈦合金的刀具磨損
鈦合金高速銑削刀具磨損機(jī)理和刀具耐用度是生產(chǎn)過程中較受關(guān)注的問題。為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB=0.3mm的情況下，刀具耐用度隨切削速度的變化關(guān)系。隨著銑削速度增加，刀具銑削時間下降較快。在200～250m/min 的速度范圍內(nèi)時，刀具壽命下降很快;銑削速度繼續(xù)增加，刀具壽命的下降趨勢有所減緩。在200m/min的速度下，刀具壽命超過120min。
硬質(zhì)合金刀具高速銑削鈦合金時的刀具磨損微觀形態(tài)(圖中黑色部分為未被完全腐蝕的鈦合金粘結(jié)物)。在高速銑削鈦合金時，鈦合金在刀具表面的粘結(jié)現(xiàn)象非常嚴(yán)重，由于工件與刀具接觸表面的溫度較高，且溫度梯度大，在鈦合金粘結(jié)和溫度梯度的綜合作用下，刀具將產(chǎn)生擴(kuò)散磨損。一方面，粘結(jié)在刀具上的鈦合金中的Ti元素向刀具中擴(kuò)散，形成粘結(jié)的TiC層，TiC粘結(jié)層脫落時，會帶走一部分刀具材料。另一方面，刀具中的C向高溫區(qū)擴(kuò)散，Co向低溫區(qū)擴(kuò)散，在刀具和工件的接觸面上形成富C貧Co區(qū)，造成WC顆粒間的粘結(jié)強(qiáng)度下降，表層脆化，從而引起WC顆粒脫落。另外，銑削時的熱沖擊會使刀具切削刃附近產(chǎn)生梳狀裂紋，裂紋垂直于切削刃方向，沿切削刃平均分布，裂紋間距約100μm，長度可達(dá)到0.5mm，并且貫穿前刀面和后刀面。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一程度，會引起刀具切削刃的強(qiáng)度下降，從而使刀具材料被粘結(jié)其上的鈦合金撕裂和脫落，使切削刃變形和鈍化。所以，銑削鈦合金時的刀具磨損是擴(kuò)散磨損、粘結(jié)磨損和熱沖擊相互作用、相互促進(jìn)的結(jié)果。
刀具耐用度與銑削速度的關(guān)系
高速銑削鈦合金的表面完整性
在50～300m/min的速度范圍內(nèi)，加工表面粗糙度Ra的值較低，并且變化很小，分布在0.1～0.3 μm 之間。表面粗糙度隨后刀面磨損的增加而增大。在刀具磨損初期，粗糙度變化不大;但當(dāng)后刀面磨損較大時，粗糙度會顯著增加。為保證獲得良好的表面粗糙度，應(yīng)該控制刀具的后刀面磨損量。
從各種切削速度下加工表面層的金相組織來看，銑削鈦合金TA15的加工表面層金相組織變化并不明顯，也未發(fā)現(xiàn)晶粒沿刀刃運動方向被拉伸的現(xiàn)象。同時，無論是常規(guī)速度還是高速銑削TA15，所產(chǎn)生的加工硬化均不嚴(yán)重，銑削速度的提高并不會造成顯著的加工硬化。
對殘余應(yīng)力的分析結(jié)果表明，在試驗所用各種切削速度下，已加工表面的殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力。壓應(yīng)力的大小約在-300～-30MPa之間。隨切削速度的提高，殘余壓應(yīng)力的絕對值有所降低;徑向切深和每齒進(jìn)給量增加時，殘余壓應(yīng)力的絕對值略有升高，但徑向切深或每齒進(jìn)給量增加，可能導(dǎo)致刀具磨損加快、加工表面粗糙度和加工硬化的升高，所以必須將其控制在適當(dāng)?shù)姆秶?/div>
為了更加準(zhǔn)確和可靠地分析切削速度對加工零件表面質(zhì)量和疲勞性能的影響，進(jìn)一步對各種切削速度下銑削加工的鈦合金試樣進(jìn)行了疲勞性能的對比試驗。疲勞試驗采用軸向應(yīng)力控制，應(yīng)力比R=0.1。800MPa和900MPa兩種應(yīng)力水平下，試樣中值疲勞壽命的對比。在50～100m/min的切削速度范圍內(nèi)，試樣的疲勞壽命隨切削速度的提高而明顯上升。這說明與常規(guī)切削速度相比，高速切削鈦合金可以獲得更好的加工表面。
結(jié)果分析與討論
隨著銑削速度的提高，銑削鈦合金的切削力有下降的趨勢，而切削溫度相應(yīng)升高。在較高的切削速度下，由于更多的切削熱被切屑帶走，而來不及傳入工件和刀具，所以刀具和工件的溫度升高較小。
高速銑削鈦合金時的刀具磨損，是擴(kuò)散磨損、粘結(jié)磨損和熱沖擊相互作用、相互促進(jìn)的結(jié)果。在200m/min的速度下，刀具壽命超過120min。
高速銑削鈦合金可以得到較低的表面粗糙度數(shù)值，金相組織變化和加工硬化均不明顯。對表層殘余應(yīng)力的X射線衍射分析表明，殘余應(yīng)力均為壓應(yīng)力，其值在-300～-30MPa之間。對試樣的疲勞性能試驗表明，在一定范圍內(nèi)提高切削速度有利于改善零件的表面完整性和疲勞性能。
點贊 0
舉報
收藏 0
評論 0
分享 158
- 漢鋼公司成功軋制省內(nèi)最寬鈦合金板材
542025-11-28
鈦合金螺絲模具拋光方法全解析
在工業(yè)產(chǎn)品朝著多樣化發(fā)展的進(jìn)程中，提升直接影響產(chǎn)品質(zhì)量的模具質(zhì)量成為一項關(guān)鍵任務(wù)。在鈦合金螺絲模具制造流程里，形狀加工后的平滑
2025-11-28 54
TA9鈦合金抗氧化性能和抗拉強(qiáng)度分析
TA9鈦合金，主要成分為鈦和鈀，因其優(yōu)異的抗氧化性能而被廣泛應(yīng)用于高溫和腐蝕環(huán)境中。相比其他鈦合金，TA9具有更強(qiáng)的抗氧化穩(wěn)定性，尤
2025-11-07 165
TA8鈦合金抗氧化性能和抗拉強(qiáng)度分析
金屬元素鈦，常被用在航空航天、人工骨骼、心臟起搏器等高端制造專業(yè)領(lǐng)域，它重量輕、抗腐蝕，有著良好的生物相容性，對人體無毒無害，
2025-11-07 156
真空自耗熔煉：鈦合金鑄錠核心制備技術(shù)解析
真空自耗電弧熔煉（Vacuum Arc Remelting,VAR）作為當(dāng)今鈦及鈦合金鑄錠生產(chǎn)的關(guān)鍵工藝，在高端制造業(yè)中具有不可替代的地位。該技術(shù)在真
2025-10-22 272
一篇文章帶你了解鈦合金成型的七大工藝
鈦合金以其優(yōu)異的強(qiáng)度、耐腐蝕性和生物相容性，在航空航天、醫(yī)療、海洋工程等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，鈦合金的成形工藝復(fù)雜，需要根據(jù)零件
2025-10-21 208
TA2鈦合金抗氧化性能和抗拉強(qiáng)度分析
TA2鈦合金在航空、航天及生物醫(yī)藥等高端領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛得益于其優(yōu)良的抗氧化性和高抗拉強(qiáng)度。本文從材料成分、抗氧化性能以及抗拉強(qiáng)度
2025-09-23 280
TA1鈦合金抗氧化性能和抗拉強(qiáng)度分析
TA1鈦合金因其優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性，廣泛應(yīng)用于航空航天、化工等領(lǐng)域。本文將從抗氧化性能和抗拉強(qiáng)度兩方面對TA1鈦合金進(jìn)行分析，
2025-09-23 324
TC4鈦合金耐腐蝕性能和比熱容分析
1.優(yōu)異的耐腐蝕性能 TC4鈦合金（Ti-6Al-4V）因其獨特的金屬結(jié)構(gòu)，在多種環(huán)境下表現(xiàn)出卓越的耐腐蝕性能。TC4鈦合金含有約6%的鋁和4%
2025-09-22 453
TA9鈦合金耐腐蝕性能和比熱容分析
TA9鈦合金在航空、化工和海洋工程等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，尤其因其優(yōu)異的耐腐蝕性能和適中的比熱容而備受關(guān)注。本文將從耐腐蝕性能和比熱
2025-09-22 281