钛机加工

- Mar 10, 2017-

钛机加工



钛及其合金显示出已取得他们期望临界机械和物理性能和耐腐蚀性能,要求航空,工业,化学,能源工业服务和一个独特的组合溅射靶在PVD涂层行业。


这里是钛的一些主要属性:

高强度 - 密度比(高结构效率)

低密度(约为钢,镍和铜合金重量的一半)

卓越的耐腐蚀性(对氯化物,海水,酸性和氧化性酸性介质的耐受性)

极佳的高温性能(高达600°C(1100°F))


钛的其他有吸引力的性能:

异常侵蚀和侵蚀腐蚀抗性

在空气和氯化物环境中的高疲劳强度

在空气和氯化物环境中的高断裂韧性

低弹性模量

低热膨胀系数

高熔点

基本上非磁性

高内在抗冲击性

高弹道阻力密度比

无毒,非过敏性和完全生物相容性

放射性半衰期很短

极好的低温性能


所有这些特性使钛在材料应用领域中扮演越来越重要的角色,它被命名为“未来金属”。




近来,作为工件材料的钛正在进入许多机器车间,其中铣削是主要的加工方法,特别是在植入式医疗,汽车和结构航天零件中。 尽管材料去除速率正变得越来越具有竞争力,但这在钛中并不容易实现,这表现出挑战性的机械加工性。 然而,新的工具和工艺开发为这种越来越有用的设计材料提供了改进加工经济性的新的可能性。

 

钛的物理,化学和热性能使其成为一种独特的高要求的机械材料。 有许多具有不同特性和切削钛合金变化相当大的-从传统的Ti6Al4V像Ti10-2-3现在Ti5553更强合金。 主要特征之一是由于切削刃暴露于较高温度而导致工具磨损的风险 - 更多的热量被吸收,因为钛是差的热导体。

工具磨损/击穿由于与工具材料反应的钛的拖尾趋势也是常见的。 涂抹是芯片焊接到插入物上,当再次进入切割时产生边缘条纹。 其他特性包括材料偏转/震颤的倾向,由于钛的弹性,并快速刀具磨损由于 在接触表面 组合 局部高压力 与热 的危险

有一些加工钛的一般规则可以帮助克服这些需求:使用相对较低的切削速度; 使用锋利的切削刃; 优化进料速率并避免在切割时怠速; 使用大体积的冷却剂,优选在高压下通过心轴和工具; 在任何磨损的第一个迹象时更换切削刃; 并尽可能采用向上(向下)铣削。



当加工任何钛合金时,通常需要更彻底的规划 - 从选择用于作业的机床到切割细节的编程。 部件特征的尺寸和形状各不相同,机器,夹具,冷却液供应,工具,方法和切割数据的选择也有所不同。

第一个决定因素是配置的尺寸和形状以及合适的刀具尺寸。 可转位刀片刀具最有效地去除材料,今天被视为粗加工的第一选择,以及在完成大平面时无可匹敌。 整体硬质合金刀具形成半精加工和精加工操作的解决方案,并且当半径,腔和槽对于可转位刀片刀具来说太小时。 它们具有大量槽纹和高轴向切割能力的优点。

钛的专用铣刀的选择首先需要基于必要的编程选择。 对于钛,刀具基础始终包括在硬质合金级上具有锋利但坚固的切削刃的相对正的前角 - 这些承受钛的特定热和化学需求。 可转位刀片技术在几何形状和刀具材料方面已经取得了长足的进步,并且作为一种更具成本效益的解决方案,即使对于中型和大型刀具,也可以利用大量的硬质合金和HSS刀具选项。 直到最近,加工钛材料的进展似乎并不引人注目,但现在几个突破性的发展改善了铣削的性能。

由于典型的航空部件的性质,径向铣削是非常合适的钛加工方法。 零件经常具有多个肩部,边缘,型材和空腔,这些常常需要由坯料加工。 然而,大的径向切削深度可导致刀具寿命的显着减少,而大的切削深度对切削温度的影响相对有限,因此不会以相同的方式影响刀具寿命。 因此,具有约30%的径向接合和与应用允许的轴向接合一样的紧密间距的长刃铣刀是去除钛的最有效的方式。





可转位刀片,长刃刀具


这些刀片由多排刀片组成,这些刀片基于整体硬质合金刀具的连续的螺旋边缘。 容纳可转位刀片以构成从刀具的底部沿着外周上升的一排到目前为止已经限制到实现可接受的加工能力和钛中的安全性。 需要用于有效排屑的大沟槽,并且与在切削器上构造有效排的正尖锐刀片相结合,已经产生了用于可转位刀片,长刃刀具的缺陷。

精确且牢固地固定在适当位置以抵抗由螺旋产生的轴向力的切削刃对于铣削钛是至关重要的。 即使在粗加工操作中的任何运动都可能导致不均匀磨损,并使切削刃处于危险中,甚至导致螺钉断裂,从而导致灾难性故障。 对于沿着一排紧密定位的连续插入件的插入件的轴向支撑特别难以实现,并且这可能导致过度依赖插入螺钉。

使用长刃铣削实现卓越性能水平的最佳方法是在刀片和刀体之间建立一个不妥协的界面。 现在,在这里的一些工具,刀片座具有关于轴向和旋转力的确定的支撑和锁定设施。 这种插入位置提供了高金属去除速率的能力并且允许宽的排屑槽。 此外,通过选择插入件尺寸以处理各种操作,可以为相同的工具直径提供一定范围的齿能力。 更近的插入间距提供了用于通过进给速率提高生产率的变量。

在钛加工期间通过主轴和刀具在高压下施加的冷却剂影响热量的分布,切屑形成,焊接边缘,工具磨损和表面完整性,并且因此对性能产生明显的差异。 应用高压冷却剂,范围从标准70至100巴压力,已显示在钛研磨中提供非常明显的优点。 高压冷却剂是当今许多机器的标准,因此是优化钛铣削的潜在资源。





窄腔


当应用涉及需要较长工具距离的狭窄,深空腔时,需要一种解决方案来实现小工具能力以及操作灵活性。 将整体硬质合金立铣刀保持在扩展卡盘中以加工深入型腔并不代表最佳稳定性。 这种情况将限制切割数据,并且可能是组件质量的风险。 然而,可替换的头部切割器的概念提供了整体硬质合金刀具的可转位性和精加工能力的优点。 头部和柄之间的联接是这种类型的工具概念的关键因素。 性能取决于强度,稳定性,精度,重复性和易于处理。

从性能和结果能力,刀具成本角度和灵活性要求来看,可更换头系统在10到25 mm刀具直径区域提供了优势。 这种概念和减少的工具库存提供了灵活性。 精加工能力优于可转位刀片刀具,并且其表示比整体硬质合金刀具实质上更低的刀具成本,并且不需要随着尺寸损失的再研磨。 能够选择不同头部和不同柄部的组合提供高度的灵活性和优化可能性。

宽大的轴向支撑面,锥形径向支撑面和特殊开发的螺纹和螺钉支撑,例如CoroMill 316可更换头部刀具,可提供头部和柄之间所需的联接,以及在长工具悬伸下获得良好性能的基础。





面铣


强烈推荐了面铣的一些一般规则,特别是关于刀具相对于工件的定位,刀具直径对工件宽度以及具有薄到厚芯片的优选爬升(下)铣削。 切割器进入和离开工件也需要更多的注意。 当铣削大面时,切削器应保持在提供完全接触而不是多次通过的路径上,并且如果可能的话,应当避免中断切削,在表面铣削之后形成孔和腔。

关于面铣刀的类型,诸如CoroMill 300的圆形刀片切削器通常是第一选择,因为其切削刃的强度和几何形状。 提供刀片尺寸高达25.4毫米的刀片,提供非常高的金属去除率。 所使用的尺寸是所需的切割深度,要加工的特征和机床能力之间的平衡。 这是一种非常有效和可靠的粗加工和半精加工刀具,也能够通过螺旋插补加工腔体。 这种类型的刀具具有高的金属去除率,长的刀具寿命和良好的安全性的潜在优势。 切削刃超长,分布磨损,这通常导致延长刀具寿命。

圆刀片刀具的进入角度是可变的,并且像45°端面铣刀一样,产生有利于提高进给速率的切屑变薄效果。 然而,当加工钛时,由于涉及更高的切削力,功率和扭矩需要特别注意。 当面铣刀在钛中进行粗轧时,合金的抗拉强度,切削器接合,进给速率和切削齿数特别相关。



更多选项


具有非常小的进入角(10°)的铣刀可以提供更高的切屑变薄效果,因此可以提供更大的进给量。 结合小的切削深度,高进给铣削可以是非常有效的加工方法,并且不施加提高的功率和扭矩。 在较小的,较弱的机器上可以实现高金属去除速率。



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