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(gè)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(xué)、物理和力學(xué)性能三個(gè)方面對(duì)刀具材料與鈦合金性能匹配進(jìn)行了研究，并通過(guò)Ti-6Al-4V鈦合金的銑削試驗(yàn)加以驗(yàn)證，建立了鈦合金切削刀具選擇系統(tǒng)模型。 化學(xué)性能匹配從刀具材料和鈦合金的氧化以及擴(kuò)散進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)刀具和鈦合金的化學(xué)熱力學(xué)計(jì)算以及氧化試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，YT類硬

2、質(zhì)合金氧化失重相對(duì)較少，抗氧化能力較強(qiáng)，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(xì)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(shí)，在Ti-6Al-4V試樣表面檢測(cè)出TiO<,2>和Ti<,4>N<,3>的生成，1000℃時(shí)Ti-6Al-4V由于表面的氧化膜保護(hù)，阻止了氧化的進(jìn)一步進(jìn)行。 從擴(kuò)散試驗(yàn)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(kuò)散，但擴(kuò)散程度比較低。600℃時(shí)擴(kuò)散現(xiàn)象比較明顯，YT15的W、Co元素的擴(kuò)散程度要高于YG3和YG3X：刀具材料的晶粒越粗，擴(kuò)散越容易。800℃時(shí)，由于氧化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在刀片和鈦合金表面生成氧化物，阻止了擴(kuò)散的進(jìn)行。 從力學(xué)性能匹配來(lái)看，YG8 抗彎強(qiáng)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(qiáng)度以及韌性，可用含TaC(NbC)的YG6A、YW2進(jìn)行較高速度的切削。 從物理性能匹配來(lái)看，導(dǎo)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(dǎo)熱性和彈性模量較小，熱膨脹系數(shù)相對(duì)較大的YG8、*教育部基礎(chǔ)科研項(xiàng)目(A1420060196)、國(guó)家自然科學(xué)基金(50475133，50675120)的資助項(xiàng)目。 YG8X適合粗加工

5、。通過(guò)Ti-6A1-4V銑削試驗(yàn)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(yán)重。使用YT15銑削Ti-6A1-4V時(shí)，刀具的磨損形態(tài)有：前刀面的磨料磨損，同時(shí)粘結(jié)現(xiàn)象比較嚴(yán)重，刀具表面產(chǎn)生微裂紋后，刀具上的材料會(huì)被切屑帶走，形成多處剝落；后刀面的磨料磨損，也伴有較嚴(yán)重的粘結(jié)現(xiàn)象；切削刃有嚴(yán)重的崩刃現(xiàn)象。使用YG8銑削Ti-6A1-4V時(shí)，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(yán)重，沒(méi)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(kuò)散磨損。 通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用Visual C＃開(kāi)發(fā)軟件和MicrosoftSQL Server 2000數(shù)據(jù)庫(kù)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(kāi)發(fā)。該系統(tǒng)可幫助生產(chǎn)、設(shè)計(jì)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