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TC4鈦棒、TC4鈦合金棒等鈦合金材料的機械加工工
發(fā)布時(shí)間:2020-07-07 14:31:42

鈦合金材料具有諸多優(yōu)缺點(diǎn),而其缺點(diǎn)包括硬度高、塑性低、導熱系數低、彈性變形大、彈性模量低等。因此,鈦合金加工過(guò)程,導熱系數小定會(huì )使材料的切削溫度過(guò)高;比熱小定會(huì )使材料的局部溫升過(guò)快,進(jìn)而降低刀具的使用壽命;彈性模量低定會(huì )加劇材料表面的加工回彈,進(jìn)而導致刀具磨損或者崩刃;高溫環(huán)境里,化學(xué)活性強定會(huì )加劇其與氮、氫、氧間的化學(xué)作用,進(jìn)而增加機械加工的難度。此外,鈦合金加工過(guò)程,切削條件、刀具材料、切削加工時(shí)間均會(huì )對切削加工的綜合效率造成影響,因此鈦合金材料切削加工過(guò)程,必須對相關(guān)方面進(jìn)行嚴格控制。


鈦合金材料的機械加工工藝


鈦合金材料的機械加工工藝種類(lèi)繁多,比如電火花加工、銑削、車(chē)削、磨削、鉆削、攻絲等。鈦合金材料的機械加工過(guò)程,刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數均屬重要的影響因素,因此必須予以高度重視。


(1)切削液。鈦合金材料的切削加工過(guò)程,切削液的使用既能降低刀刃的熱量,也能沖走切屑,進(jìn)而實(shí)現切削力的降低,可見(jiàn)切削液的使用必須合理,如此方能實(shí)現零件加工表面質(zhì)量以及生產(chǎn)效率的改善。目前,常用的切削液包括非水溶性油質(zhì)溶液、水基可溶性油質(zhì)溶液、水或堿性水溶液三種。

(2)刀具材料。由前文可知,鈦合金材料具有硬度高、塑性低、導熱系數低的缺點(diǎn),因此加工過(guò)程勢必表現出切削溫度高、切削力度大的特點(diǎn),進(jìn)而加劇刀具的磨損以及降低刀具的使用壽命,可見(jiàn)所選刀具材料必須具有耐磨性高、硬性強的特點(diǎn)。目前,常用的刀具材料包括高速鋼牌號、硬質(zhì)合金牌號、涂層刀具(抗粘結性能強、抗氧化性能強、耐磨性好等)、立方氮化硼刀具(熱硬性高、硬度高等)、聚晶金剛石刀具(硬度高、耐磨性高、導熱性高、摩擦系數低等)五種。


(3)刀具的幾何參數。鈦合金材料的粗加工過(guò)程,盡量選用前/后角小、剛性高的刀具,比如鈦合金TC4的粗加工,前角取0~3°。鈦合金材料的精加工過(guò)程,盡量選用刀刃較鋒利、刀齒較密、前/后角以及螺旋角偏大、刀刃負倒棱小或者無(wú)倒棱的刀具,比如鈦合金TC4的精加工,前角取8~15°。若選用鏜刀或者圓車(chē)刀加工鈦合金,前/后角分別取10~15°、8~14°,刀尖圓弧半徑取0.2~0.6mm;若選用螺紋車(chē)刀,前/后角分別取0°、10°;若選用成型車(chē)刀,前/后角分別取5°、10°。鉆頭的設計必須滿(mǎn)足排屑流暢性的要求,即螺旋角取25~30°、就鉆頭螺旋槽進(jìn)行拋光處理、鉆芯厚度取1/4鉆頭直徑;根據實(shí)情就橫刃進(jìn)行修磨,以確保鉆頭的強度以及定心作用更好,此外鉆頭頂角取135~140°、鉆頭后角取12~15°,以增加切削的寬度以及厚度。銑刀的設計必須滿(mǎn)足鈦合金的切削要求。就立銑刀而言,前/后角分別取6~8°、6~12°,螺旋角取35~40°(前段取3°),而刀尖圓弧半徑取0.5~0.6mm。攻絲的切削環(huán)境往往保持著(zhù)半封閉狀態(tài),因此切削液順利流至切削區的難度較大,且潤滑以及散熱效果較差,外加鈦合金僅有較小的彈性模量,如此極易引起絲錐扭斷或者崩齒。針對該情況,優(yōu)化攻絲的幾何參數尤其重要,即切削錐部分后角取6~12°,前角取7~10°,切削錐角取5~7°30′,校正齒型面鏟后角取1°。鉸刀的設計必須符合鈦合金彈性模量較小的特性,即鉸刀的前/后角分別取3~5°、10°,切削刃寬度取0.15mm。


(4)鈦合金材料的切削加工工藝參數。針對斷續切削以及連續切削的情況。



鈦合金鉆削加工過(guò)程,時(shí)常會(huì )出現斷鉆以及燒刀現象,而此現象的成因包括鉆頭刃磨欠佳、冷卻不佳、排屑不及時(shí)、工藝系統剛性差等。針對上述情況,必須對下列方面進(jìn)行嚴格控制:一是勤退刀以及及時(shí)清除切屑,同時(shí)對切屑的顏色以及形狀進(jìn)行跟蹤觀(guān)察;二是加足切屑液;三是把鉆模與工作臺固定起來(lái),同時(shí)鉆模引導與加工表面應盡量貼近,以縮短鉆頭;四是手動(dòng)進(jìn)給過(guò)程,孔內鉆頭應前后運動(dòng),以免因鉆刃摩擦加工表面而造成鉆頭變鈍。銑削要求進(jìn)行斷續切削,因此銑削過(guò)程時(shí)常出現銑刀崩刃、切削與刀齒粘結等現象,而粘結嚴重者甚至會(huì )損傷刀齒或者引起崩刃。針對此情況,最好采取順銑的切削方法,因為順銑切削較平穩,且刀齒切削路徑較短,同時(shí)從厚至薄的切削順序能夠有效控制切削粘結現象的出現,如此既能控制銑刀的磨損量,又能增強刀具的耐用度以及降低加工表面的粗糙度。切削錐角盡量大些,而錐度部分取3~4扣螺紋長(cháng)度為宜。此外,切削錐部分應盡量磨出負傾角,以方便排屑;盡可能使用短絲錐,由此實(shí)現絲錐剛性的增加;絲錐的倒錐部分盡量大些(較標準值),由此控制工件與絲錐間的摩擦。鈦合金磨削時(shí)常因粘屑問(wèn)題而導致零件表面燒傷或者砂輪堵塞,因為鈦合金導熱性較差,定會(huì )加劇磨削區的溫升,進(jìn)而引起鈦合金與磨料粘結或者發(fā)生化學(xué)反應,如此知道燒傷工件的加工面以及降低零件的疲勞強度。針對上述情況,常見(jiàn)的控制方法為優(yōu)化磨削的工藝參數,比如:砂輪材料――綠碳化硅TL;砂輪硬度――ZRI;砂輪速度――10~20m/s;砂輪粒度――60,此外進(jìn)給量盡量控制到較低水平,同時(shí)用乳化液進(jìn)行完全冷卻。就鈦合金的攻絲而言,應優(yōu)選跳牙絲錐,注意齒數取2~3齒。


綜上所述,鈦合金材料具有諸多優(yōu)缺點(diǎn),而其缺點(diǎn)嚴重影響著(zhù)鈦合金材料的切削加工,因此鈦合金材料的切削加工過(guò)程,必須充分考慮到可能的影響因素以及必須滿(mǎn)足的特性要求,尤其應從刀具材料、切削液、加工工藝參數、刀具幾何參數方面對鈦合金材料的切削加工進(jìn)行控制,以提高鈦合金材料加工的綜合效率。


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