鈦合金切削加工中刀具與工件性能匹配的研究.pdf

1、由于鈦合金所具有的優(yōu)良特性，它被廣泛地應(yīng)用于航天、汽車、化工等各個領(lǐng)域。但是，鈦合金是一種典型的難加工材料，其切削加工中刀具材料與工件的匹配缺乏系統(tǒng)性研究。本文從化學、物理和力學性能三個方面對刀具材料與鈦合金性能匹配進行了研究，并通過Ti-6Al-4V鈦合金的銑削試驗加以驗證，建立了鈦合金切削刀具選擇系統(tǒng)模型。 化學性能匹配從刀具材料和鈦合金的氧化以及擴散進行研究。通過對刀具和鈦合金的化學熱力學計算以及氧化試驗研究發(fā)現(xiàn)，YT類硬

2、質(zhì)合金氧化失重相對較少，抗氧化能力較強，YG類硬質(zhì)合金刀具試樣中的WC和Co在800℃下已經(jīng)發(fā)生氧化，而YT類硬質(zhì)合金的TiC未被氧化。添加TaC(NbC)的YW硬質(zhì)合金有較好的抗氧化能力；細晶粒硬質(zhì)合金的抗氧化能力要比粗晶粒硬質(zhì)合金好。800℃時，在Ti-6Al-4V試樣表面檢測出TiO<,2>和Ti<,4>N<,3>的生成，1000℃時Ti-6Al-4V由于表面的氧化膜保護，阻止了氧化的進一步進行。 從擴散試驗研究發(fā)現(xiàn)，在4

3、00℃下，YT類和YG類硬質(zhì)合金都與Ti-6Al-4V發(fā)生擴散，但擴散程度比較低。600℃時擴散現(xiàn)象比較明顯，YT15的W、Co元素的擴散程度要高于YG3和YG3X：刀具材料的晶粒越粗，擴散越容易。800℃時，由于氧化現(xiàn)象比較嚴重，在刀片和鈦合金表面生成氧化物，阻止了擴散的進行。 從力學性能匹配來看，YG8 抗彎強度和沖擊韌較好，適合鈦合金的粗加工和去氧化皮；YG3、YG3X硬度較高，適于鈦合金的精加工；性能均衡的YG6、YG6

4、X可廣泛的應(yīng)用于精、半精加工；TaC(NbC)可提高刀具材料的高溫硬度、強度以及韌性，可用含TaC(NbC)的YG6A、YW2進行較高速度的切削。 從物理性能匹配來看，導熱系數(shù)和彈性模量較大、熱膨脹系數(shù)較小的YG3、YG3X適合精加工，相反導熱性和彈性模量較小，熱膨脹系數(shù)相對較大的YG8、*教育部基礎(chǔ)科研項目(A1420060196)、國家自然科學基金(50475133，50675120)的資助項目。 YG8X適合粗加工

5、。通過Ti-6A1-4V銑削試驗發(fā)現(xiàn)：YG8刀具的磨損較小，YT15的磨損較大且粘結(jié)、剝落、崩刃現(xiàn)象比較嚴重。使用YT15銑削Ti-6A1-4V時，刀具的磨損形態(tài)有：前刀面的磨料磨損，同時粘結(jié)現(xiàn)象比較嚴重，刀具表面產(chǎn)生微裂紋后，刀具上的材料會被切屑帶走，形成多處剝落；后刀面的磨料磨損，也伴有較嚴重的粘結(jié)現(xiàn)象；切削刃有嚴重的崩刃現(xiàn)象。使用YG8銑削Ti-6A1-4V時，刀具的磨損形態(tài)主要是刀具前、后刀面的磨料磨損，但是粘結(jié)現(xiàn)象不如YT15

6、嚴重，沒有出現(xiàn)剝落和崩刃現(xiàn)象。因此YG8比YT15更適合低速下銑削Ti-6AI-4V鈦合金。YG8和YT15磨損的主要原因都是：磨料磨損、粘結(jié)磨損、氧化磨損以及擴散磨損。 通過系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計相結(jié)合，利用Visual C＃開發(fā)軟件和MicrosoftSQL Server 2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)完成了鈦合金切削加工刀具選擇系統(tǒng)模型的開發(fā)。該系統(tǒng)可幫助生產(chǎn)、設(shè)計人員根據(jù)加工要求，快速的推薦刀具材料和合適的切削參數(shù)，降低了工人的勞