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切削BT20鈦合金材料中刀具磨損研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2015-03-24
BT20鈦合金是俄羅斯研制開發(fā)的一種重要結(jié)構(gòu)材料，其主要特點(diǎn)是密度小但強(qiáng)度高，雖然密度只有4500kg/m3，但強(qiáng)度卻是鋁合金的10倍。作為典型的a+b相鈦合金，既是一種綜合性能很好的材料，同時又是典型的難加工材料，切削加工過程中刀具磨損情況非常嚴(yán)重。
BT20鈦合金是俄羅斯研制開發(fā)的一種重要結(jié)構(gòu)材料，其主要特點(diǎn)是密度小但強(qiáng)度高，雖然密度只有4500kg/m3，但強(qiáng)度卻是鋁合金的10倍。作為典型的a+b相鈦合金，既是一種綜合性能很好的材料，同時又是典型的難加工材料，切削加工過程中刀具磨損情況非常嚴(yán)重。為降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)率，急需對該材料進(jìn)行切削加工實(shí)驗(yàn)，了解刀具磨損原因并找出解決辦法。本文就該問題進(jìn)行了研究和探討。
1 BT20鈦合金的銑削實(shí)驗(yàn)
1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)
a. 機(jī)床類型：X62W
b. 刀具材料：YM30硬質(zhì)合金
c. 刀具幾何參數(shù)：go=8°；ao=5°；ls=0°
d. 切削用量：v=58.9m/min，f=0.254mm/r，ap=3mm
e. 切削方式：不對稱順銑
f. 觀測儀器：SS550型電鏡。
2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
通過實(shí)驗(yàn)，BT20鈦合金材料切削中刀具的主要磨損形態(tài)及原因如下：
a. 月牙洼磨損 如圖1所示。刀具產(chǎn)生月牙洼的原因一方面是由于鈦合金的變形系數(shù)小，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增加；另一方面的原因是鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，切屑與前刀面接觸距離長，但接觸長度極短，切削熱不易傳出，因此容易造成前刀面磨損。
b. 后刀面的磨損 如圖2所示，分析其原因，首先BT20鈦合金的粘結(jié)特點(diǎn)比較突出；其次鈦合金在較高的切削溫度下與空氣中的O、N、H元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成脆硬層，更增加了刀具后刀面磨鈍程度。
c. 邊界磨損和溝紋磨損 如圖3所示，BT20鈦合金化學(xué)活性大，容易形成脆硬層，故有時出現(xiàn)這種情況。邊界磨損主要在主后刀面上，而溝紋磨損則在副后刀面上。????
1 BT20鈦合金的銑削實(shí)驗(yàn)
1) 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參數(shù)
a. 機(jī)床類型：X62W
b. 刀具材料：YM30硬質(zhì)合金
c. 刀具幾何參數(shù)：go=8°；ao=5°；ls=0°
d. 切削用量：v=58.9m/min，f=0.254mm/r，ap=3mm
e. 切削方式：不對稱順銑
f. 觀測儀器：SS550型電鏡。
2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
通過實(shí)驗(yàn)，BT20鈦合金材料切削中刀具的主要磨損形態(tài)及原因如下：
a. 月牙洼磨損 如圖1所示。刀具產(chǎn)生月牙洼的原因一方面是由于鈦合金的變形系數(shù)小，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增加；另一方面的原因是鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，切屑與前刀面接觸距離長，但接觸長度極短，切削熱不易傳出，因此容易造成前刀面磨損。
b. 后刀面的磨損 如圖2所示，分析其原因，首先BT20鈦合金的粘結(jié)特點(diǎn)比較突出；其次鈦合金在較高的切削溫度下與空氣中的O、N、H元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成脆硬層，更增加了刀具后刀面磨鈍程度。
c. 邊界磨損和溝紋磨損 如圖3所示，BT20鈦合金化學(xué)活性大，容易形成脆硬層，故有時出現(xiàn)這種情況。邊界磨損主要在主后刀面上，而溝紋磨損則在副后刀面上。????
在切削BT20鈦合金的過程中，刀片的磨損不以單一的形式出現(xiàn)，往往可以觀察到多種形式的磨損共存。而產(chǎn)生磨損的因素與切削溫度高、材料硬化嚴(yán)重有直接關(guān)系。因此，控制切削溫度和冷硬現(xiàn)象是切削BT20鈦合金的關(guān)鍵。
2 改進(jìn)BT20鈦合金切削加工的措施
1) 降低切削速度
切削溫度明顯下降，既可以抑制切削熱對刀具的磨損，又能延緩脆硬層的生成，從而提高刀具耐用度。為保證生產(chǎn)率，可適當(dāng)加大切削深度作為彌補(bǔ)措施。
2) 采用非常規(guī)切削方式
低溫切削可有效降低切削區(qū)溫度，延長刀具使用壽命；針對BT20鈦合金化學(xué)活性大、容易生成TiO、TiN等脆硬層，可采用惰性氣體保護(hù)切削方法來延緩刀具磨損。
3 結(jié)論
通過銑削實(shí)驗(yàn)，分析了切削BT20鈦合金時刀具磨損的主要方式及原因，并提出了相應(yīng)的辦法和措施。
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