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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:
1 n2 S* Z& O! e8 N- `- g) m! O" GBT20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°。
/ T8 X5 n. o7 B' iBT20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。0 Y( g! c5 M$ h' a' e

* c$ D0 f6 T! K% q. u! }; E1 BT20钛合金的铣削实验
5 m$ f  ?5 O% S& Y- f# F
5 z  @  p9 f/ r1) 实验设备及参数# h( e. E$ I& e; |0 w

( t0 `: }6 n; r& ?/ y8 z2 l$ x7 xa. 机床类型:X62W. p, j) {4 {+ J) P' o0 _8 a
b. 刀具材料:YM30硬质合金2 W# x! Z. T$ F+ q1 M) O7 S
c. 刀具几何参数:go=8°;ao=5°;ls=0°
6 D! B7 v: i5 z/ a. `4 q1 Xd. 切削用量:v=58.9m/min,f=0.254mm/r,ap=3mm- q6 Z, \1 d, [! t
e. 切削方式:不对称顺铣
# r) [. }; O5 Ef. 观测仪器:SS550型电镜。
$ Z! C4 i8 c0 G- n6 G; G  I5 m/ M" ?0 Z# H
2) 实验结果及分析! V) Z& }: v" k% T0 h  n
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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:: x( d- q( j( {5 N" e1 V/ B

' v* K7 q0 g" A) ?; P, E+ p# ma. 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。
/ k# h6 L. A8 N- b1 v- P
9 J8 G, V, i/ {1 R  Qb. 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。
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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。
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1 k" H/ \! y& d/ c; J2 改进BT20钛合金切削加工的措施
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1) 降低切削速度( M% c# X- o9 a# ?
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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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$ l) Q# ]4 d3 W2 ^, S6 e2) 采用非常规切削方式
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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。
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3 结论
1 @+ I& V; w% _/ I7 ?$ a- _/ h6 t0 ?! b# n
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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