[发明专利]一种薄壁钛合金零件的切削工艺

说明书

技术领域

本发明涉及薄壁钛合金零件的切削工艺。

背景技术

钛比重为4.54g/cm3，仅为钢（7.8g/cm3）的58％，钛合金的比强度、比刚度、抗腐蚀性和结合性能良好，高温变形小，抗疲劳和蠕变性能也好。据统计，在国防产品的部件中，利用钛合金材料制作的结构件占据总部件总数的90%，钛合金在国防产品中的应用日益增加。但是钛合金材料切削时，刀具磨损快，易产生粘刀，在刀尖上形成积屑瘤，切削要素影响工件的加工质量。

钛合金材料工件加工最大的瓶颈是材料难加工、刀具磨损快、吃刀抗力大等。在没掌握钛合金材料的切削技术前，壳体工件的加工难度太大，主要是：刀片材料磨损大，刀尖经常崩刃；切削时工件加工面出现齿纹状的波纹，表面光洁度达不到技术要求；刀具加工时主切削力太大，造成机床振动，使工件变形。影响加工因素有很多，主要体现以下几个方面：

（1）钛合金材料组织切削加工性差。钛合金材料组织复杂，亲和力大，晶格原子不易脱离平衡位置，在高温高压下易产生粘刀现象。

（2）钛合金材料变形系数小。钛合金材料工件加工时的一个显著特点是切削变形系数小于、等于1，切削不但不收缩，且有所变长，造成前刀面被切削流动摩擦的路径大大上升，加剧了刀具的磨损。

（3）钛合金材料加工切削温度高。钛合金材料的导热系数小于不锈钢和高温合金，散热条件差，使切削区温度迅速上升，切削区温度远高于其他材料的温度，积于切削刃附近不易散发，造成加工的刀尖附近应力集中，刀具磨损崩刃。

（4）钛合金材料加工单位面积切削力大。钛合金材料的加工单位面积的切削力大，主切削力比一般结构钢小20％左右，由于刀具与切屑的接触长度短，切削压力集中在切削刃附近的小小接触面积上，故单位接触面积上所承受的切削力大大上升，造成刀、屑接触处的磨擦系数加大，加快了刀具前刀面的磨损。

（5）钛合金材料加工易产生表面污染层。由于钛的化学活性大，易与各种气体杂质产生化学反应，如：Ｏ、Ｎ、Ｈ、Ｃ等元素浸入钛合金中，形成间隙式固溶体，使表面晶格严重弯曲，塑性降低，与Ｎ、Ｃ作用，形成硬度高的ＴｉＮ、ＴｉＣ等硬层，导致刀具产生缺口、崩刃、剥落等。

（6）钛合金薄壁工件切削产生震动变形。钛合金薄壁工件在切削加工过程中易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。

有文献指出：切削钛合金时采用不含氯的切削液能避免钛材料在高温下与大气中氧、氮、氢发生反应产生脆硬层加快刀具磨损；薄壁钛合金加工时，减小主偏角，采用正的刃侵角能提高刀具工件表面加工质量；钛合金材料加工切削采用PCD材料刀具，可提高切削用量。这些原则有助于解决问题，但是加工时具体的刀具材料、角度、切削用量、切屑排放方法，仍没有文献可查。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种薄壁钛合金零件的切削工艺。所述工艺选用适合加工钛合金材料的刀具材料、角度、切削要素，提高刀具加工耐用度及减小工件变形效果显著，提高了工件加工质量，通过多批次1000个工件加工，没改进前工件合格率仅有70％，改进后合格率提高到97％左右。

本发明所采用的技术方案为：

一种薄壁钛合金零件的切削工艺，其特征在于：

选用YG643、YG10HT、IC907合金材料牌号的刀片作为刀具材料；

刀具角度为：前角粗加工时：3-5°，半精加工时：5-10°，精加工时：8-20°；后角粗加工时：10-12°，半精加工时：10-12°，精加工时：12-15°；主偏角粗加工时：75°，半精加工时：30-75°，精加工时：45°；副偏角粗加工时：5-15°，半精加工时：15°，精加工时：15-30°；刃倾角粗加工时：0-4°，半精加工时：0-4°，精加工时：4-8°；

切削用量为：粗加工:机床转速:140～170r/min，吃刀量:1～2.5mm；半精加工:机床转速150～180r/min，吃刀量:0.5～1mm；精加工:机床转速170～200r/min，吃刀量:0.1～0.5mm。

采用中空刀杆浇注切削液。

以下进行详细描述：

通过以上对钛合金材的切削加工难点分析，解决措施主要概括起来就是：选择合适的加工刀具的角度，可以提高刀具使用寿命；减小刀具主切削力，提高工件表面加工质量、效率，消除工件变形；另外根据壳体工件加工工序的类别不同，加工刀具的角度也要随之变化，应用以下方法。

（1）合理选择刀具材料提高刀具的耐用度