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[新技术] 切削BT20钛合金材料中刀具磨损研究

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发表于 2007-8-26 22:33:05 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国广东深圳

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内容摘要:
) |6 `2 r+ I. q- @$ \: E# hBT20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,切削加工过程中刀具磨损情况非常严重。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。1 BT20钛合金的铣削实验1) 实验设备及参数a. 机床类型:X62Wb. 刀具材料:YM30硬质合金c. 刀具几何参数:go=8°。; B( i. n9 g2 x5 Y! B
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,切削加工过程中刀具磨损情况非常严重。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。7 r4 `* J4 @; R7 r+ Q$ ^
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1 BT20钛合金的铣削实验/ s, {6 N1 K, W+ ^+ N- ]5 _5 ]9 Q

  s# \  |7 H4 m# C- V0 q/ X1) 实验设备及参数
# x, z' i! h2 a8 i) K$ m! y4 n6 g4 a$ ]- d9 j0 U5 B0 Y
a. 机床类型:X62W
' g' u; d2 y% h6 c, Y& M& Ab. 刀具材料:YM30硬质合金* I9 k/ T. c* N" `; x0 H8 g7 d
c. 刀具几何参数:go=8°;ao=5°;ls=0°( \8 M6 _, ]5 T9 B
d. 切削用量:v=58.9m/min,f=0.254mm/r,ap=3mm
1 n/ G* o) M6 B3 n/ u8 oe. 切削方式:不对称顺铣" y0 H8 w3 E& ^. r
f. 观测仪器:SS550型电镜。
* y$ x% W0 Z% g' z, s& e8 q# |4 T& M, d3 \
2) 实验结果及分析
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  @3 y# ~/ M7 z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:2 C) j! r5 I! g, @
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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。9 [; y! {9 w1 D  m' [; H% ]
- u+ J# X- p6 }! x" q7 F
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。1 G0 d: `. |1 h$ l2 O2 p/ w& |  @5 \
$ Z5 H! k/ A1 z& M2 p3 ~$ H3 i
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。 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。- o% b4 D! G2 i5 P$ R
3 d! D& [) ^) W3 j- [3 M! [, F8 D$ Y
2 改进BT20钛合金切削加工的措施
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1) 降低切削速度! W' n0 g! X0 v$ y* Q: M: u
: C- _% R9 {2 Q1 z6 f# p5 j/ i  c$ a
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。
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. n: ~, U6 f  q  k! V2) 采用非常规切削方式; l& h1 m* O1 ?" ]$ {7 B% r! J

3 |: `! p# _, \: E8 I0 d7 R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。. ?8 I! a9 g7 H4 x/ @& W% a
, f$ W3 O; f+ Z, K3 M3 s
3 结论2 @1 d, h) ?7 g! j3 l

/ L" O( `! t. b+ X8 [! z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。
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