鈦合金TC4銑削試驗探究

1、鈦合金tc4銃削試驗探究摘要：本文通過對tc4鈦合金鍛件進行單因素銃削實驗, 得出其切屑形態(tài)隨著銃削深度ap的增大將由緊密螺旋狀逐 漸變?yōu)樗缮畹慕Y(jié)論。通過銃削率模型，找到了在特定銃削 速度和進給速度下，銃削鈦合金的最佳深度范圍，對于鈦合 金銃削加工具有生產(chǎn)指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：鈦合金；切屑形態(tài)；銃削深度；銃削體積；銃 削時間；銃削率0引言鈦合金具有質(zhì)量輕、強度高、高溫性能好、耐腐蝕等許 多優(yōu)點在航空航天、船舶和化工等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng) 用。但由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低、摩擦因數(shù)大、彈性模量小、 化學(xué)活性大、切屑與前刀面的接觸面積小，使得鈦合金切削 加工性較差。目前tc4應(yīng)用比較廣泛，是以a相為主的雙

2、相合金，b相一般少于30%,其綜合性能好，組織穩(wěn)定，有良好的韌 性、塑性和高溫變形性能。但是，在高速條件的切削力、切 削溫度以及刀具磨損機理等方面還有很多現(xiàn)象解釋不清，對 工件的表面質(zhì)量的影響方面等問題，針對這些問題國內(nèi)外學(xué) 者做過很多研究。narutaki對鈦合金tc4的切削力和切削溫度進行研究得 到：切削鈦合金時刀具磨損并非切削力所致，而切削溫度是 致使鈦合金難以繼續(xù)切削的主要原因。f. klocke, n等人 在分析和實驗的基礎(chǔ)上，對涂層硬質(zhì)合金刀具銃削tc4的效 率進行了評價，用有限元的方法對切削時的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 進行分析。1試驗材料及過程1. 1試驗材料試驗材料為tc4鈦合金鍛件，

3、尺寸為290mmx 192 mmx65mm,其化學(xué)成分見表1 o表1 tc4鈦合金的化學(xué)成分1.2試驗條件與過程圖1銃削實驗現(xiàn)場1主軸2立銃刀3實驗工件4. 工作2實驗結(jié)果及分析2. 1實驗結(jié)果(1)不同銃削深度下銃削鈦合金所得的切屑形態(tài)宏觀 照片，如圖3,從圖中可以看出：鈦合金切屑較短，并以曲 面形狀彎曲，外部光滑明亮，內(nèi)部粗糙暗黑，肉眼可看到切 屑表面存在鋸齒紋理；不同銃削深度ap所對應(yīng)的切屑形態(tài) 也不一致，且隨ap值的增加，鈦合金切屑基本上呈現(xiàn)由較 緊密的螺旋狀，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗缮⒌木砬鸂畹奶攸c。(1)ap=0. 82mm (2) ap=l. 82mm (3) ap=2. 94mni圖2不同

4、銃削深度ap下鈦合金的切屑形態(tài)(2)每刀銃削體積和每刀銃削時間每刀銃削體積，是指立銃刀在每個臺階面所切除的鈦合金體積總量，用v表不，單位為mm-3。總長度，用t表示，單位為s,實驗結(jié)果用秒表測得。2. 2實驗分析(1)鈦合金切屑形成過程在金屬切削加工時，切屑卷曲是金屬切削過程的一種基 本現(xiàn)象，當(dāng)切屑沿前刀面流動時，切屑底層的流動速度較切 屑的其他部分緩慢得多，產(chǎn)生了滯留現(xiàn)象，并發(fā)生了二次塑 性變形，于是切屑以曲面形狀彎曲。圖3切屑的形成過程示意圖tc4鈦合金變形系數(shù)s約為1,加工時，經(jīng)常出現(xiàn)擠裂切屑，可以在(1.5-4800) m/min的切削速度范圍內(nèi)形成鋸 齒狀切屑。與通常的帶狀切屑不同，

5、鈦合金的切屑是由許多 微小的單元組成的，鈦合金的切削變形有典型的局部剪切特 征，一個切屑單元由變形很小的屑段和剪切變形極大的集中 剪切區(qū)兩部分組成。在屑段的內(nèi)部，沒有明顯的變形現(xiàn)象， 而在屑段連接的地方，材料發(fā)生了明顯的剪切變形，形成了 集中剪切區(qū)。(2)鈦合金銖削率t與銖削深度ap之間的關(guān)系圖4銃削率和銃削深度的t-ap關(guān)系圖3結(jié)論通過對鈦合金tc4進行銃削試驗及結(jié)果分析，可以得到 以下結(jié)論：(1) 銃削深度對鈦合金切屑形態(tài)有一定影響。鈦合金 切屑有鋸齒紋理，且隨著由緊密的螺旋狀形態(tài)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?松散的卷曲狀形態(tài)。(2) 銃削率n與銃削深度關(guān)系密切，銃削深度越大， 銃削率越大，且變化明顯。因此，為提高鈦合金銃削率，可 采用增加銃削深度的方法予以實現(xiàn)。參考文獻1 張喜燕，趙永慶，白晨光鈦合金及應(yīng)用m.北京： 化學(xué)工業(yè)大學(xué)出版社，2005. 3.2 張泠，劉海東.鈦合金高速銃削試驗研究