科技發展的今天,環保越來越受到人們的重視,基于技術、經濟、生態三方面的平衡發展,綠色制造已經是當今談論的主題。在機械制造領域,切削液是最大的污染源,特別是在航空工業中,為了提高航空零部件的加工質量,經常使用大量切削液。為了實現綠色制造,人們往往將目光投向干切削,但是干切削條件下零部件的機械性能、加工效率以及刀具壽命會受到很大的影響。在此提出用氮氣為切削介質的綠色加工技術,并對該技術進行了探索研究。本文主要比較分析了干切削和以氮氣為介質的兩種切削條件下,銑削鈦合金時的后刀面磨損以及銑削力的情況。
1 鈦合金的材料特性 由于鈦合金具有比強度高、熱強度好、耐蝕性高、資源豐富等一系列優點,因此在航空、航天等工業部門中的應用越來越廣泛,用于制作航空發動機中的主要構件,在飛行器結構中,用于制造翼梁、隔框和接頭等重要構件;阝伜辖饛V泛的應用,主要優點如下: ·比強度高:鈦合金的密度只有4.5g/cm3,比鐵小得多,而其強度與普通碳鋼相近。 ·熱強度好:鈦合金熔點為1660℃,比鐵高,具有較高的熱強度,可在550℃以下工作,同時在低溫下顯示出較好的韌性。 ·抗蝕性好:在550℃以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被進一步氧化,對大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、軟介質均有較高的抗蝕能力。 另一方面鈦合金的切削加工性比較差。主要原因如下: ·導熱性差,致使切削溫度很高,降低了對刀具的耐用度。 600℃以上溫度時,表面形成氧化硬層,刀具有強烈的磨損作用。 ·塑性低,硬度高,使剪切角度增大,切屑與前刀面接觸長度很小,前刀面上的應力很大,刀刃易發生破損。 ·彈性模量低,彈性變形大,接近后刀面處工件表面回彈性大,所以加工表面與后刀面的接觸面積大,磨損嚴重。 ·鈦合金切削過程中的這些特點使其加工變得十分困難,導致加工效率低,刀具消耗大。
2 刀具材料的選擇 鈦合金的銑削比車削困難,主要的問題是切削刃區容易與鈦發生粘接,刀齒易崩刃,刀具耐用度低。銑刀切削刃區域粘接的鈦合金量與切削的厚度成正比,當刀齒再次切入工件表面時,粘接的鈦合金剝落,從而使刀具出現磨損區。隨著粘結量的增大,磨損區也增大;嚴重時,甚至會使切削刃崩落,損壞銑刀。銑削鈦合金的立銑刀、圓柱銑刀、三面刃銑刀等一般用高速鋼制成,成形銑刀更是如此。常用的刀具材料為:HSS-Co, 其主要成分為W2Mo9Cr4VCo8;HSS-Al, 其主要成分為W6Mo5Cr4V2Al:以及Carbide,其主要成分分別為YG8,YG10H,Y300等。
3 試驗方案 以鈦合金材料TC4(Ti-6Al-4V)為主要研究對象,試驗方案如下: ·通過正交試驗,比較在干切削條件和以氮氣為介質的切削條件下銑削力的變化情況。銑削方式選擇為順銑。具體切削參數及參數值如表1所示。 |