(3)含碳量的影響
鈦合金的可切削性與含碳量有關(guān)。當(dāng)含碳量大于0.20%時(shí),合金中會(huì)形成硬的碳化物,使可切削性下降;而含碳量小于0.20%時(shí),可切削性得到改善。
(4)加工硬化的影響
加工硬化被認(rèn)為是鈦合金加工困難的原因之一。為了確定它的影響程度,我們進(jìn)行了試驗(yàn),結(jié)果表明在任何加工情況下,鈦的加工硬化程度都遠(yuǎn)小于不銹鋼,也小于其它種類容易硬化的鋼。
鈦合金嚴(yán)重的硬化是在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮形成又硬又脆的外皮而造成的。在正常切削條件下,其硬化深度為0.1~0.15mm,硬化程度為20%~30%。
2.2鈦合金相對可切削性切削條件的研究
(1)刀具材料
加工鈦合金時(shí),不宜使用YT類硬質(zhì)合金刀片。因?yàn)椋孩資T類硬質(zhì)合金刀片中含有鈦,它會(huì)與被加工的鈦合金發(fā)生親和作用,粘掉刀尖。②車削鈦合金時(shí),車刀與切屑的接觸遠(yuǎn)比加工鋼時(shí)小得多,作用在車刀接觸面積上的單位切削刀較大,由于YT類硬質(zhì)合金刀片較脆,因此容易崩刃。
一般生產(chǎn)中采用YG類刀片加工鈦合金,盡管其耐磨性較差。通常在粗車和斷續(xù)車削時(shí)采用YG8刀片,精車和連續(xù)車削時(shí)用YG3刀片,一般加工則用YG6X刀片。
實(shí)踐證明,含鉭的硬質(zhì)合金YA6(屬于細(xì)顆粒鎢鈷類硬質(zhì)合金)效果較好,由于加入了少量的稀有元素,提高了刀片耐磨性,代替了原有的YG6X,其抗彎強(qiáng)度、硬度也都比YG6X高。
在低速切削或切削復(fù)雜型面時(shí),可采用高釩高速鋼(W12Cr4V4Mo)和高鈷高速鋼(W2Mo9Cr4VCo8)刀具,它們是加工鈦合金最好的刀具材料,但因鈷資源少且價(jià)格昂貴,因此應(yīng)盡可能少用,以保護(hù)稀有資源并降低成本。
(2)刀具幾何角度
切削鈦合金時(shí),車刀后角α0是所有刀具參數(shù)中最敏感的,因?yàn)榍邢鲗酉碌慕饘購椥曰謴?fù)大和加工硬度大,一般采用大后角可使刃口易于切入金屬層,減小后刀面的磨損,但后角過小(小于15°)會(huì)出現(xiàn)金屬的粘附現(xiàn)象;而后角過大,刀具將被削弱,刀刃容易崩碎。因此,大多數(shù)切削鈦合金的車刀采用15°后角。從刀具耐用度來看,α0小于或大于15°,都會(huì)降低車刀的耐用度。此外,α0為15°的車刀刀刃比較鋒利,并可降低切削溫度。
由于鈦合金在切削過程中,會(huì)與空氣中的氧、氫、氮等形成硬脆化合物,造成刀具磨損(主要發(fā)生在車刀前刀面上),因此應(yīng)采用小值前角;此外,鈦合金的塑性低,切屑與前刀面的接觸面積小,為此也應(yīng)選用小值前角,這樣做可增加切屑與前刀面的接觸面積,使切削熱和切削壓力不至于過分集中于刃口附近,既有利于散熱,又加強(qiáng)刃口,避免因切削力集中而產(chǎn)生崩刃。因此,用硬質(zhì)合金刀具加工(α+β)鈦合金時(shí),取前角γ0=5°左右并磨出倒棱f(寬度為0.05~0.1mm),γf=0°~10°,刀尖磨成r=0.5mm小值圓弧,刃傾角λ=+3°。
但是研究工作表明,車刀前角在28°~30°范圍內(nèi)時(shí)刀具的耐用度最好;刀尖圓弧半徑增大也可以減少刀具的崩落現(xiàn)象。
一般車削鈦合金外圓車刀的幾何參數(shù):倒棱f=0.3~0.7mm,γf=0°,γ0=8°~10°,α0=15°,r=0.5mm,λ=0°,κr=45°,κ′r=15°。
