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切削BT20钛合金材料中刀具磨损研究

时间: 2011-07-09 00:06 来源: 作者: 辽宁工程技术大学 齐德新 马光锋 赵树国 点击:
BT20钛合金是俄罗斯研制开发的一种重要结构材料,其主要特点是密度小但强度高,虽然密度只有4500kg/m3,但强度却是铝合金的10倍。作为典型的a+b相钛合金,既是一种综合性能很好的材料,同时又是典型的难加工材料,切削加工过程中磨损情况非常严重。为降低企业成本,提高生产率,急需对该材料进行切削加工实验,了解刀具磨损原因并找出解决办法。本文就该问题进行了研究和探讨。

1 BT20钛合金的铣削实验

1) 实验设备及参数

a. 类型:X62W
b. 刀具材料:YM30硬质合金
c. 刀具几何参数:go=8°;ao=5°;ls=0°
d. 切削用量:v=58.9m/min,f=0.254mm/r,ap=3mm
e. 切削方式:不对称顺铣
f. 观测仪器:SS550型电镜。

2) 实验结果及分析

通过实验,BT20钛合金材料切削中刀具的主要磨损形态及原因如下:

a. 月牙洼磨损 如图1所示。刀具产生月牙洼的原因一方面是由于钛合金的变形系数小,切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增加;另一方面的原因是钛合金导热系数小,切屑与前刀面接触距离长,但接触长度极短,切削热不易传出,因此容易造成前刀面磨损。

b. 后刀面的磨损 如图2所示,分析其原因,首先BT20钛合金的粘结特点比较突出;其次钛合金在较高的切削温度下与空气中的O、N、H元素发生化学反应形成脆硬层,更增加了刀具后刀面磨钝程度。

c. 边界磨损和沟纹磨损 如图3所示,BT20钛合金化学活性大,容易形成脆硬层,故有时出现这种情况。边界磨损主要在主后刀面上,而沟纹磨损则在副后刀面上。


图1 前刀面月牙洼磨损 图2 后刀面的磨损 图3 边界和沟纹磨损

在切削BT20钛合金的过程中,刀片的磨损不以单一的形式出现,往往可以观察到多种形式的磨损共存。而产生磨损的因素与切削温度高、材料硬化严重有直接关系。因此,控制切削温度和冷硬现象是切削BT20钛合金的关键。

2 改进BT20钛合金切削加工的措施

1) 降低切削速度

切削温度明显下降,既可以抑制切削热对刀具的磨损,又能延缓脆硬层的生成,从而提高刀具耐用度。为保证生产率,可适当加大切削深度作为弥补措施。

2) 采用非常规切削方式

低温切削可有效降低切削区温度,延长刀具使用寿命;针对BT20钛合金化学活性大、容易生成TiO、TiN等脆硬层,可采用惰性气体保护切削方法来延缓刀具磨损。

3 结论

通过铣削实验,分析了切削BT20钛合金时刀具磨损的主要方式及原因,并提出了相应的办法和措施。(end)

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