1、合金磨削刀具-钛合金的切削加工首页行业信息行业信息合金磨削刀具-钛合金的切削加工摘要：文件地点传真-上海 500kV 世博输变电工程设备采购招标混凝土机械设备-我国混凝土泵车的研发趋势器材行业企业-2008 年是纺织机械发展预测除尘器粉尘气体- 现代锅炉除尘设备简介控制器技术空调-我国将制定变频控制器标准终结市场混乱新产品功能水平-中联环卫机械公司五款新产品通过验收波兰装配厂徐州-扩大欧洲市场份额 徐工波兰装配厂落成叉车鸟巢开幕式 -龙工叉车为奥运鸟巢极速 “变装”出力( 图)刀具加工刀片-Kennametal 公司推出 KB9640 新刀具工程机械企业-工程机械租赁业发展前景广阔 1钛合金可
2、分为哪几类?钛是同素异构体，熔点为 1720，在低于 882时呈密排六方晶格结构，称为 钛；在882 以上呈体心立方品格结构，称为 钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，合金,磨削,刀具,丝锥,切屑,砂轮,磨损,铰刀,硬质合金,温度, 1钛合金可分为哪几类?钛是同素异构体，熔点为 1720，在低于 882时呈密排六方晶格结构，称为 钛；在 882以上呈体心立方品格结构，称为 钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛
3、合金也就分为以下三类：(1) 钛合金：它是 相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是 相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在 500600的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。(2) 钛合金：它是 相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达 13721666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。(3) + 钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约
4、比退火状态提高50100；高温强度高，可在 400500的温度下长期工作，其热稳定性次于 钛合金。三种钛合金中最常用的是 钛合金和 + 钛合金； 钛合金的切削加工性最好，+p 钛合金次之， 钛合金最差。 钛合金代号为 TA， 钛合金代号为 TB，+ 钛合金代号为 TC。2钛合金有哪些性能和用途？钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1，但其强度低、塑性高。99.5工业纯钛的性能为：密度 =4.5g/cm3，熔点为 1800，导热系数=15.24W/(m.K)，抗拉强度 b=539MPa，伸长率 =25，断面收缩率 =25，弹性模量E=1.0
5、78105MPa，硬度 HB195。(1)比强度高：钛合金的密度一般在 4.5g/cm3 左右，仅为钢的 60，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度) 远大于其他金属结构材料，见表 7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。(2)热强度高：对于 钛合金，在 350时 TA6 的巩达 422MPa、TA7 的 b 达 491MPa，在 500时TA8 的 b 达 687MPa；对于 + 钛合金，在 400时 TC4 的 b 达 618MPa、TC10 的 b
6、达 834 MPa，在 450时 TC6 和 TC7 的 b 均达 589MPa、TC8 的 b 达 706MPa，在 500时 TC9 的 b 达785MPa。这两类钛合金在 150500 范围内仍有很高的比强度，而铝合金在 150时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达 500 ，铝合金则在 200以下。(3)抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。(4)低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。在-100和-19
7、6时 TA4 的 b 分别为 893MPa 和 1207MPa，在-196和-253时 TA7 的 b 分别为 1216MPa 和 1543MPa、TC1 的 b 分别为 1133MPa 和 1354MPa、TC4 的 b 分别为 1511MPa 和 1785MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。(5)化学活性大：钛的化学活性大，与大气中 O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于 0.2时，会在钛合金中形成硬质 TiC；温度较高时，与 N 作用也会形成 TiN 硬质表层；在 600以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体
8、而产生的硬脆表层深度可达 0.10.15 mm，硬化程度为 2030。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。(6)导热系数小、弹性模量小：钛的导热系数 =15.24W(m.K)，约为镍的 1/4，铁的 1/5，铝的 1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降 50。钛合金的弹性模量约为钢的 1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的 23 倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。钛合金的牌号、性能见表 7-2。3钛合金有哪些切削特点？钛合金的硬度大于 HB350 时切削加工特别困难，小于 HB300 时则容易出现粘刀现象
9、，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点：(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于 1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于 45 号钢的 1/51/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削 45 号钢时高出一倍以上。(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小 20，由于切屑与前刀面的接
10、触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化
11、学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量 f%26lt;0.1 mm/r 时，磨损主要发生在后刀面上；当 f%26gt;0.2 mm/r 时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以 VBmax%26lt;0.4 mm 较合适。4切削钛合金时怎样选择刀具材料？切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG 类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料
12、有 YG8、YG3、YG6X、YG6A、813 、643、YS2T 和 YD15 等。涂层刀片和 YT 类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如 W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如 W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如 W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达 200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切
13、削速度仅为 100m/min。5切削钛合金时怎样选择刀具几何参数？(1)前角 0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取0=5 15。(2)后角 0：钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于 15。(3)主偏角 r 和副偏角 r：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃
14、单位长度上的负荷，一般采用 r=30，粗加工时取 r=45。减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取 r =1015 。(4)刃倾角 s：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取 s =-3-5，精车时 s =O。(5)刀尖圆弧半径 r：切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般r=0.51.5mm。车削时采用负倒棱(b=0.030.05 mm，01=-100) ，断( 卷)屑槽的槽底圆弧半径 Rn=68 mm。另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用
15、金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度 Ra 值应小于 0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高 30。6切削钛合金时怎样选择切削用量？切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度约为480 540 ，硬质合金刀具约为 650750 。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。(1)切削速度 Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由
16、于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，核正系数见表 7-3 和表 7-4。(2)进给量 f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取 f=0.10.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许 f%26lt;0.05 mm/r。(3)切削深度 p：切削深度对刀具耐用度的影响最小，一般选用较大的切削深度，这样不仅可以避免刀尖在硬化层内切削，减小刀具磨损，还可增加刀刃工作长度，有利于散热，一般取 p=15 mm。车削
17、钛合金的切削用量见表 7-5。7切削钛合金时怎样选择切削液？切削钛合金时，为了降低切削温度，应当向切削区域浇注大量的以冷却作用为主的切削液。对切削液的要求有导热系数大、比热大、热容量大、汽化热大、汽化速度快、流量大、流速快。一般说来，水比油的导热系数大 35 倍，比热大 1 倍，汽化热几乎大 10 倍左右，故用水溶性切削液较为合适。车、铣削钛合金时，常采用乳化液，或采用有极压添加剂的水溶性切削液。极压乳化剂的配方为：石油磺酸钠 10 油酸 3石油磺酸铅 6 三乙醇胺 3.5 氯化石蜡 4 20 号机油 70.5氯化硬脂酸 3极压添加剂的水溶性切削液的配方为：氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.50.8磷
18、酸三钠 0.59 三乙醇胺 12 亚硝酸钠 1.2 水 其余对于钻孔、扩孔、铰孔、拉削、攻丝等工序，应该采用润滑作用较大的极压可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。冷却润滑的方法最好采用高压喷雾冷却法、高压内冷却法等，这样才可起到良好的冷却、润滑作用。切削液流量不少于 1520 Lmin。8切削钛合金时应注意哪些问题?在切削钛合金的过程中，应注意的事项有：(1)由于钛合金的弹性模量小，工件在加工中的夹紧变形和受力变形大，会降低工件的加工精度；工件安装时夹紧力不宜过大，必要时可增加辅助支承。(2)如果使用含氯的切削液，切削过程中在高温下将分解释放出氢气，被钛吸收引起氢脆；也可能引起
19、钛合金高温应力腐蚀开裂。(3)切削液中的氯化物使用时还可能分解或挥发有毒气体，使用时宜采取安全防护措施，否则不应使用；切削后应及时用不含氯的清洗剂彻底清洗零件，清除含氯残留物。(4)禁止使用铅或锌基合金制作的工、夹具与钛合金接触，铜、锡、镉及其合金也同样禁止使用。(5)与钛合金接触的所有工、夹具或其他装置都必须洁净；经清洗过的钛合金零件，要防止油脂或指印污染，否则以后可能造成盐(氯化钠 )的应力腐蚀。(6)一般情况下切削加工钛合金时，没有发火危险，只有在微量切削时，切下的细小切屑才有发火燃烧现象。为了避免火灾，除大量浇注切削液之外，还应防止切屑在机床上堆积，刀具用钝后立即进行更换，或降低切削速
20、度，加大进给量以加大切屑厚度。若一旦着火，应采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等灭火器材进行扑灭，严禁使用四氯化碳、二氧化碳灭火器，也不能浇水，因为水能加速燃烧，甚至导致氢爆炸。9怎样对钛合金进行铣削？钛合金在惰性气体介质中低速铣削时，切屑变形系数大于 1.0；但在大气中，铣削速度 Vc=30 m/min 时，切屑变形系数小于 1.0，这是因为钛合金在高温铣削时，对大气中氧和氮的亲和性很大，在 800高温条件下，钛合金的切屑便激烈地从周围大气中吸收这些气体，产生相变并使缩短的铣屑重新伸长。钛合金铣削时温度很高，冲击力大，应选用能很好地承受交变载荷和热冲击的铣刀刀齿材料。通常选用 YG 类硬质合金，也
21、可用钴、铝超硬高速钢。钛合金铣刀的几何参数和铣削用量见表 7-6 和表 7-7。铣削钛合金时，宜采用不对称顺铣法，这样刀齿前面远离刀尖部分首先接触工件，刀齿切离时的切屑很薄，不易粘结在切削刃上。而逆铣时正相反，容易粘屑，当刀齿再次切入时切屑被碰断，造成刀具材料剥落崩刃。端铣刀与工件轴线间的偏移量 e 可决定铣刀刀齿与工件首先接触的最佳部位，顺铣或逆铣及切离时切屑厚度的大小，一般以偏移量 e=(0.040.1) do 为宜(do 为端铣刀直径)。由于钛合金的弹性模量小，顺铣造成让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。铣削时刀具与切屑的接触长度短，不易卷屑，要求刀具具有较好的刀齿强度及较大的容屑空间
22、，否则切屑堵塞会造成刀具剧烈磨损。10怎样对钛合金进行钻孔？钻孔为半封闭式切削，对钛合金钻孔过程中切削温度很高，钻孔后回弹大，钻屑长而薄，易粘结而不易排出，经常造成钻头被咬住、扭断等恶性事故。因此要求钻头具有高的强度和好的刚性，钻头与钛合金的化学亲和性要小，最好采用硬质合金钻头，但目前最常用的仍是麻花钻，经过采取一些措施改进后，也能取得较好的效果。(1)改进钻头：为满足对钛合金钻孔的需要，应对麻花钻采取以下改进措施：加大钻头顶角，2=135140；增大钻头外缘处后角，取 1215；增大螺旋角，p=3540 ；增大钻心厚度，取(0.220.4)do(do 为钻头直径)。采用“S”形或“X” 形修
23、磨钻头横刃，横刃长度 b=(0.080.1)do，同时保证横刃的对称度0.06 mm。两种形式的横刃均可形成第二切削刃，起到分屑作用和减小钻孔时的轴向力。最常用的是在麻花钻上磨出适于对钛合金钻孔的切削刃形，即钛合金群钻，其切削部分的形状见图 7-1。图中外内刃顶角 2 和 2在钻头直径 do%26gt;310mm 时均为 130140，do%26gt;1030 mm 时为 125 140；外刃后角 在 do%26gt;310 mm 时为 1218，do%26gt;1030 mm 时为 1015；横刃斜角 =45；内刃前角 =-10-15 ；内刃斜角 =1015 ；圆弧刃后角 aR=1820。钛
24、合金群钻的有关参数和钻削用量见表 7-8 和表 7-9。在钻头上做出四条导向刃带，加大钻头截面惯性矩，提高刚性，还自然地形成两条辅助冷却槽，耐用度比标准钻头提高 3 倍左右，切削温度约降低 20。同时由于导向稳定减小了孔扩张量，如 3 mm 的四刃带钻头钻孔孔扩张量为 0.030.04 mm，而标准钻头为 0.050.06 mm。(2)选择适宜的枪钻：在钻钛合金长径比大于 5 的深孔时，当孔径小于等于 30 mm 时，一般采用硬质合金枪钻，见图 7-2；当孔径大于 30 mm 时，采用硬质合金 BTA 钻头或喷吸钻等。用图 7-2 所示枪钻钻削TC11 的孔，孔深 204 mm(长径比约为 2
25、6)，可保证表面粗糙度 Ra 为 1.6 m，生产率提高 4 倍，切屑呈“梅花”形或“C”形碎屑，排屑正常。用硬质合金枪钻钻长径比大于 30 的深孔时，在轴向施加小于 100Hz 的振动进行振动钻孔，可使得工件表面粗糙度 Ra 为 0.3 m，生产率提高 5 倍。具体参数为 Vc=17 m/min，f=0.033 min/r，振幅为 0.07 mm，频率 35 Hz，工件圆度 4 m，表面粗糙度 Ra 为 0.33 m。(3)选择合适的切削液：钻浅孔时可选用电解切削液，其成分为癸二酸 710，三乙醇胺 710 ，甘油 7 10，硼酸 710 ，亚硝酸钠 35，其余为水。钻深孔时不宜选用水基切削
26、液，因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡，易产生积屑瘤，使钻孔不稳定。宜采用 N32 机油加煤油，其配比为 3:1 或 3:2，也可采用硫化切削油。11怎样对钛合金进行铰孔？用高速钢和 YG 类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔，YG类硬质合金铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种，直齿铰刀铰出的工件孔径最大，阶梯铰刀次之，带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用，也为第二锥留下了极为稳定的余量，实际上起到了粗铰和精铰的作用；带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下，提高铰孔过程的平稳性，
27、并使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而铰出的孔径精度比阶梯铰刀更高些。钛合金铰刀的几何参数一般选用前角 0=05，硬质合金铰刀取小值；后角 0=1015；切削锥角r=1530。阶梯铰刀的第二锥角为 15，刃倾角 s=-15。为了加大钛合金铰刀的容屑空间，齿数应少于标准铰刀，齿槽角 =8590。各种钛合金铰刀参数见图 7-3、图 7-4 和图 7-5。钛合金铰刀的直径由铰出孔的扩张量大小来确定，一般高速钢铰刀扩张量取 0.008mm，硬质合金铰刀扩张量取 0.006mm。对钛合金铰孔时，粗铰余量 2p=0.150.5 mm，精铰余量 2p =0.10.4 mm，直径小时取小值，反之取大值。硬
28、质合金铰刀的切削用量 Vc=1550 m/min，f=0.1 0.5mm/r，铰孔直径大时取大值，反之取小值。高速钢铰刀的铰削用量见表 7-10。铰削钛合金时，最好使用切削液，常用的是电解切削液或混合油(成分为蓖麻油 60和煤油 40) 。12对钛合金拉削时应注意哪些问题？首先，根据钛合金材料的特性和切削特点，在拉刀设计时应注意以下几个方面的问题：(1)拉刀的前后角直接影响拉刀的切削效果。用高速钢制作的拉刀前角一般取 0=1020，硬质合金拉刀0=8 15。用于外拉的拉刀切削齿后角 p =1012，校准齿后角 k =810 ；用于内拉的切削齿后角 p =58，校准齿后角 k=23；高速钢和硬质
29、合金拉刀的这两个后角相同。对于粗拉刀前后角用小值，精拉刀用大值。(2)钛合金拉刀只要条件允许应尽可能做出刃倾角，一般取 s=510 。(3)拉刀前后刀面的粗糙度 Ra0.32 m。(4)校准齿上尽可能不留刃带，若需要时，其宽度应小于等于 0.12 mm。(5)由于钛合金的弹性模量小，加工后回弹大，开槽拉刀刀齿宽度至少应等于或稍大于槽宽的下限尺寸，以免拉出的槽窄达不到要求。(6)拉刀卷屑台的形式与拉削高温合金的基本相同。(7)钛合金拉刀的磨钝标准一般为：粗拉刀 VB0.30.4 mm，精拉刀 VB0.150.2 mm。再就是选用合理的拉削用量，在保证刀具耐用度的前提下提高生产效率。高速钢拉刀的拉
30、削速度Vc=4.56 m/min，粗拉刀的齿升量为 0.060.10 mm，精拉刀为 0.020.04 mm；硬质合金拉刀的拉削速度 Vc=1530 m/min，粗拉刀的齿升量为 0.080.12 mm，精拉刀为 0.030.04mm 。拉削钛合金工件时必须使用切削液，一般采用油基切削液，常用的是混合油(蓖麻油 60，煤油 40) 。还可选用另一种切削油，其成分为：聚醚 30，酯类油 30，N7 机械油 30，防锈添加剂和抗泡沫添加剂 10。13怎样对钛合金进行攻丝？钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序，特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大，约为 45 号钢的 2 倍；丝锥
31、刀齿过快地磨损、崩刃，甚至被 “咬死”在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小，螺纹表面产生很大的回弹，使丝锥与工件接触的面积增大，造成很大的摩擦扭矩，磨损加剧；另外，切屑细小不易拳曲，有粘刀现象，造成排屑困难。因此，解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。(1)普通丝锥：必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为：增大容屑空间，减少齿数；在校准齿上留出 0.20.3 mm 的刀带后，将后角加大到 2030，并沿丝锥全长磨去齿背中段；保留 23 扣校准齿后将后部的倒锥由 0.050.2 mm/100 mm 增大至 0.160.32 mm/100 m
32、m。当其他条件完全相同时，若将齿背宽度减小(磨去)1/2 2/3，攻丝扭矩下降 1/41/3。(2)修正齿丝锥：修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法，工作原理如图 7-6 所示。由图可知，修正齿丝锥的齿形角 0 小于螺纹齿形角 1，使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角 =(1-0)/2，并将丝锥螺纹做出较大的倒锥，使得摩擦扭矩大大减小，同时也利于切削液的冷却润滑。图中各角度间的关系式为：tan=tan r (tan(1/2)cot(0/2) -1)设计攻制普通螺纹的修正齿丝锥时，为检验方便，一般取丝锥齿形角 0=55，切削锥角 可在 230730之间选取。标准丝锥的倒锥是从校准齿
33、开始的，倒锥量为(0.050.2)mm/100 mm；修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始，并且倒锥数值远大于标准丝锥，如 r =730的修正齿丝锥可达 1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大，修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用，在切削锥前端时必须做出圆柱导向部，以避免丝锥刚攻入时产生歪斜，圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图 7-7 是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。(3)跳牙丝锥：跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣，其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积，使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝，相邻螺扣侧刃
34、之间有较宽绰的空间，改善了容屑和切削液进入切削区的条件，提高了丝锥的耐用度；同时在制造丝锥时，砂轮外缘顶部也不需过分尖锐，改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图 7-8。在相同的切削条件下经试验比较，跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的 3050 ，修正齿丝锥的3560，耐用度比修正齿丝锥高 13 倍，用跳牙丝锥对钛合金攻丝效果最好。(4)螺纹底孔：对钛合金攻丝一般按牙高率(螺孔实际牙型高度与理论高度的比率) 不超过 70为依据来选取底孔直径大小，即螺纹底孔直径 d1=d0-0.757 8p(d0 为螺纹公称尺寸，p 为螺矩) 。小直径或粗牙螺纹牙高率可取大一些，被加工材料强度低或螺纹深度小于螺纹基本
35、直径时，可适当增大牙高率，但过大会增大攻丝扭矩，甚至折断丝锥。为保证攻丝精度和表面质量，螺纹底孔应为铰后的孔。钛合金的攻丝速度要根据材料的类型和硬度来确定。 钛合金的攻丝速度一般取 Vc=7.512 m/min，+钛合金取 Vc=4.56 m/min， 钛合金取 Vc=23.5 m/min；钛合金的硬度HB350 时选用较高的切削速度，反之选用较低的切削速度。对钛合金攻丝时，一般用含 Cl、P 的极压切削液效果较好，但含 Cl 的极压切削液攻丝后必须清洗干净，防止零件晶间腐蚀；也可用蓖麻油 60、煤油 40的混合油作切削液。14磨削钛合金有哪些特点？(1)磨削力大：磨削钛合金时，和一般磨削规律
36、一样，径向力大于切向力。在相同条件下磨削 TC9 的径向分力几乎比 45 号钢大 4 倍，切向分力大 80左右。(2)磨削温度高：钛合金磨削时滑擦过程所占比重大，产生强烈的摩擦，急剧的弹性、塑性变形和大量的热量，致使磨削区的温度很高。在相同条件下，磨削 TC9 的磨削温度为 45 号钢的 1.52 倍，最高时可达 1000。(3)砂轮磨损失效：磨削钛合金时，除粘结、扩散外，钛合金与磨粒之间起化学作用，从而加速了砂轮的磨损过程。观察磨削后的砂轮，钛呈云雾状分布，几乎看不到砂轮磨粒。(4)表面质量不易保证：钛合金磨削时，工件表面容易产生有害的残余拉应力和表面污染层，表面粗糙度数值较大。磨后表面残余
37、拉应力数值大小随磨削用量的加大而增大，磨削速度是残余应力的主要影响因素。(5)生产率低：在保证所要求的零件加工精度的条件下，很难获得较高的生产率。磨削时砂轮容易变钝失效，磨削比很低，在相同条件下磨削 Tc4 的磨削比只有 1.53，而 45 号钢为 71.5，约为 45 号钢的 1/47。15磨削钛合金时怎样选择砂轮？(1)磨料的选择：白刚玉 WA 砂轮一般只能在 Vc10 m/s 的条件下磨削钛合金，因为 Vc 加大会使磨削温度升高，钛合金表层会发生组织转变；而且在高温下很容易吸收空气中的氧形成氧化钛，并与 Al2O3 生成固溶体，因而增大了钛与 Al2O3 的粘附结合力，加剧砂轮的粘结磨损
38、。绿碳化硅 GC 及铈碳化硅 CC 磨料与钛合金粘附较轻，尤以 CC 砂轮的磨削力小且磨削温度低。采用混合磨料(以 GC 及 CC 为主磨料，以铬刚玉 PA、单晶刚玉 SA、锆刚玉 ZA 或微晶刚玉 MA 为副磨料)磨削效果能得到很大提高，磨削温度降低到 600以下，磨削比可达 12。采用人造金刚石 JR 和立方氮化硼 CBN 超硬磨料磨削钛合金效果最好。CBN 砂轮磨削钛合金的磨削比比采用混合磨料高 5060 倍，且工件表层残余应力几乎都为压应力，陶瓷 CBN 砂轮磨削效果见表 7-11。(2)粒度和硬度的选择：粒度和硬度都影响磨削比，粒度的影响大些。磨削钛合金时，常用粒度号为 36号80
39、号的磨料、硬度为 KM 的砂轮；较软的砂轮磨削力较小且磨削温度较低，但磨损较大。实践证明，既能减小磨削力又能适当提高磨削比，采用粒度为 80 号、硬度为 J 的砂轮为宜。(3)结合剂的选择：磨削钛合金的砂轮一般选用陶瓷结合剂 V，这种结合剂的砂轮磨削力比较大；对大而薄的砂轮选用橡胶结合剂 R，可降低磨削温度和磨削力。(4)组织的选择：采用中等偏疏松或疏松的砂轮组织 58 号为宜。成型磨削及精密磨削时，为保持砂轮型面及磨削表面粗糙度，可选用组织较为紧密的砂轮。磨削钛合金时，不同磨削方式使用砂轮的具体选择见表 7-12。16磨削钛合金时怎样选择磨削用量？由于钛合金的磨削温度高，再加上钛合金的化学活
40、性大，工件表层组织很容易发生相变，而且容易产生有害的残余拉应力，会降低零件的疲劳强度，因此在选择钛合金的磨削用量时首先要考虑的是降低磨削温度。磨削速度对磨削温度的影响最大，即磨削钛合金时的速度不宜太高。具体的钛合金磨削用量见表 7-13。17磨削钛合金时怎样选择磨削液？磨削钛合金时，要求磨削液具有冷却、润滑和冲洗作用，更重要的是应具有抑制钛与磨料的粘附作用和化学作用。目前用得较多的是水溶性磨削液，有亚硝酸钾溶液、亚硝酸钾和甲酸钠溶液、亚硝酸钠溶液、亚硝酸钠和甲酸钠溶液、亚硝酸胺溶液等。使用含极压添加剂 S、Cl、P 的极压油，效果较好，尤以氯(Cl)极压油效果最好，但磨后应清洗零件，以防降低零
41、件的抗疲劳强度。对于缓进给磨削推荐选用下述配方制备磨削液：亚硝酸钠 1，苯甲酸钠 0.5，甘油 0.5，三乙醇胺0.4，水( 其余)。使用立方氮化硼 CBN 砂轮磨削时不宜使用水溶性磨削液，因 BN 与水在 800左右会起化学反应，造成砂轮过快磨损(BN+H2OH2BO3+NH3)。使用磨削液时，应特别注意流量要足够大，每毫米砂轮宽度一般不低于 0.5 L/min。砂轮线速度越高，流量应越大。水箱容量一般为流量的 1.53 倍，以保持磨削液处于较低的温度。另外，钛合金的磨削温度较高，钛屑容易引起自燃，在使用油剂磨削液时，应注意防止发生火灾。18钛合金有哪些其他的磨削方法？磨削钛合金除了常用的普
42、通磨削法外，还可采用缓进给磨削法和低应力磨削法。(1)缓进给磨削法：钛合金的缓进给磨削的特点与高温合金类同，有关的详细情况参照高温合金的缓进给磨削部分。钛合金的缓进给磨削一般选用 GC60GJV 的砂轮，磨削速度 Vc=2830 m/s，工件速度Vw=70 mm/min，磨削深度 p=12 mm。工件表面粗糙度值要求较小时，应采用较硬的砂轮；成形磨削时，可用金刚石滚轮或钢滚轮来修整砂轮。(2)低应力磨削法：钛合金的低应力磨削是靠减小磨去单位体积金属消耗的能量，来降低磨后工件表层的残余拉应力，消除烧伤、变形和裂纹，很适合钛合金的磨削。低应力磨削应采取以下措施：使用较软的砂轮，经常保持砂轮和修整工
43、具的锋利，减小径向进给量(或磨削深度) ，降低磨削速度，大量充分使用性能好的磨削液。但此法生产率低，只适用于承受很高应力的零件(如：高循环应力或在腐蚀条件下工作的零件)，用这种磨削法可提高零件的疲劳强度。其磨削用量见表 7- 14。为了达到低应力磨削效果，应严格控制粗、半精、精磨三个阶段的径向进给量(或磨削深度) ：粗磨阶段。由毛坯尺寸磨至比最终尺寸大 0.25 mm，采用 fr0.05 mm/st。半精磨阶段。再磨至比最终尺寸大 0.05 mm，采用 fr=0.0080.015 mm/单行程，半精磨前应修整砂轮。精磨阶段。磨至最终尺寸，采用 fr=0.00250.005 mm/st，或根据需
44、要用 24 个行程的无火花磨削至最终尺寸，精磨前应修整砂轮。19用金刚石刀具切削加工钛合金有哪些特点？从加工钛合金的各种刀具材料切削实验的结果可以看出，金刚石刀具加工钛合金的效果最为显著。这是因为金刚石在钛中的溶解度比在铁中小得多，切削时金刚石刀具的扩散磨损很小，故用金刚石刀具切削钛合金有以下特点：(1)有很高的耐用度：用硬质合金刀具和金刚石复合片刀具车削钛合金棒料，采用的车削用量为 Vc=56 m/min、p=1 mm、f=0.05 mm/r，用硬质合金刀具车削时，刀具很快就磨损了，切下的切屑体积仅有0.07 cm3；而在相同的磨损条件下，金刚石车刀却能切下多得多的切屑，切屑体积高达 132
45、 cm3，是硬质合金刀具的 1885 倍。通过切削钛合金试验，在相同的条件下，刀具材料磨损量最大的是氧化铝基陶瓷，其次是硬质合金，磨损量最小的是金刚石。(2)有很高的导热性：钛合金的导热系数为 5.4410.47W(m.K) ，是 45 号钢的 1/51/6 ，而金刚石的导热系数非常高，达 146.5 W(m.K)，是 45 号钢的 3 倍、硬质合金的 1.77 倍，加上金刚石硬度高，切削刃可磨得非常锋利，切削时产生的切削热较少，刀具又能传出很大部分切削热。因此用金刚石刀具加工钛合金的切削温度低。(3)允许较高的切削速度：用 YG 类硬质合金加工 TC4 钛合金时，切削速度一般采用 Vc=20
46、50 m/min；而用金刚石刀具在没用切削液干切时采用 Vc=100 m/min，湿切时可高达 Vc=200 m/min，比硬质合金高出好几倍，且刀具几乎看不出有多少磨损。(4)粘结和扩散磨损最小：用于切削钛合金的各种刀具材料中，金刚石与钛合金间产生粘结和扩散的可能性最小，即切削时刀具产生粘结磨损和扩散磨损最小。实践证明，精切钛合金时以金刚石刀具最佳，粗加工时以 YG 类硬质合金湿切为好。金刚石刀具的几何参数是 0=-5、0=17、r=30 、r=20、s=0，r=0.1 mm；切削用量是 Vc=8090 m/min，p =0.20.4 mm，f=0.05 0.07 mm/r。20切削加工钛合
47、金的实例有哪些？(1)将 145 mm65 mm 的钛合金车成圆棒，在 Vc=56m/min、p =2 mm、f =0.1 mm/r 的情况下，开始用YG8 硬质合金刀具，只车下 0.7 cm3 体积的切屑。后改用金刚石复合刀片的车刀，切下切屑的体积达143 cm3，为硬质合金刀具的 204 倍，且后刀面磨损很小。又如，用天然金刚石刀具，在干式切削时，在Vc=100 m/min 的条件下，切削 30 min 后，刀具几乎没磨损。在有切削液的条件下，切削速度可达 200 m/min。(2)铣削 TB2 钛合金，刀具材料为 YS30 硬质合金，在 Vc=100150 m/min、p =0.20.5
48、 mm、f =0.060.08mm/z 的条件下，切削十分轻快，刀具磨损很小。(3)对 TC4 钛合金车外圆和内孔，采用 YM052 硬质合金为刀具材料，在 Vc=70120 m/min、p =12 mm、f=0.2 mm/r 条件下，刀具磨损比较小，而且表面粗糙度 Rn 可达 0.8m。(4)在 TC4 钛合金上加工 M1853 的螺纹，螺纹为 50mm 长。采用 YM051 超细颗粒硬质合金车刀，刀具可车 5 6 件。(5)用不同切削速度加工 TC4 钛合金时，切削条件为：0=3，0=14，r =r =45，r=1 mm，f=0.16 mm/r，tip=1 mm，切削速度分别为 30 m/min、60 70 m/min 和 90100m/min，结果是：低速时 YS2有很高的耐磨性，在高速时，YD15 的耐磨性高于 YS2。
