鈦合金材料的銑削加工及優勢
2010/5/31 14:29:51
鈦合金具有高強度、高斷裂韌性以及良好的抗腐蝕性和可焊接性。隨著飛機機身越來越多地采用復合材料結構，鈦基材料用于機身的比例也將日益增大，因為鈦與復合材料的結合性能遠遠優于鋁合金。例如：與鋁合金相比，鈦合金可使機身結構的壽命提高60%。
鈦合金極高的強度/密度比（達20∶1，即重量可減輕20%）為減輕大型構件的重量（這是對飛機設計師的主要挑戰）提供了解決方案。此外，鈦合金固有的高耐蝕性（與鋼材相比）可以節省飛機日常運行和維護保養的成本。
由于比普通合金鋼的加工更為困難，因此通常認為鈦合金屬于難加工材料。典型鈦合金的金屬去除率僅為大多數普通鋼或不銹鋼的25%左右，因此加工一個鈦合金工件需要花費的時間約為加工鋼件的4倍。
為了滿足航空制造業對鈦合金加工日益增長的需求，制造商需要增加生產能力，因此需要更好地理解鈦合金加工策略的有效性。典型的鈦合金工件的加工是從鍛造開始的，直到80%的材料被去除而獲得最終的工件外形。
隨著航空零部件市場的快速增長，制造商們已經感到力不從心，加上因鈦合金工件加工效率較低而增加的加工需求，導致鈦合金加工能力明顯處于緊張狀態。一些航空制造業的領軍企業甚至公開質疑現有的機械加工能力能否完成全部新型鈦合金工件的加工任務。由于這些工件通常是由新型合金制成，因此需要改變加工方式和刀具材料。
鈦合金Ti-6Al-4V
鈦合金有三種不同的結構形式：α鈦合金、α-β鈦合金和β鈦合金。商用純鈦和α鈦合金不能進行熱處理，但通常具有良好的可焊接性；α-β鈦合金可進行熱處理，大多數也具有可焊接性；β和準β鈦合金完全能進行熱處理，且一般也具有可焊接性。
用于渦輪發動機和機身構件的大部分普通α-β鈦合金為Ti-6Al-4V（AllvacTi-6-4，簡稱Ti-6-4），本文用Ti-6-4代表ATIAllvac公司生產的鈦合金，該公司是鈦合金的主要供應商（最近與波音公司簽訂了一項25億美元的鈦合金長期供貨合同）。另外，與ATIAllvac公司合作開發加工解決方案的ATIStellram公司也采用這些鈦合金代號來描述加工要求。
Ti-6-4具有優異的強度、斷裂韌性和抗疲勞綜合性能，可制成各種產品形態。退火態的Ti-6-4可廣泛應用于結構件。通過化學成分的微小變化以及不同的熱機械處理工藝，用Ti-6-4可生產出各種不同用途的零部件。
鈦合金Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr（簡稱Ti-5-5-5-3）是一種頗具市場影響力的新型鈦合金。與β鈦合金和α-β鈦合金相比，這種準β鈦合金可以提供在要求更高抗張強度的飛機構件應用中所需的疲勞斷裂韌性。
與傳統鈦合金（如Ti-6-4和Ti-10-2-3）相比，Ti-5-5-5-3具有的可鍛造成復雜形狀、熱處理后最終抗張強度可達180ksi（每平方英寸數千磅）等性能使其成為制造飛機高級構件和起落裝置最有前途的材料。
通過在β轉變溫度以下進行溶解熱處理或在β轉變溫度以上進行退火處理，同時適當控制顯微結構中的晶粒尺寸和沉淀，Ti-5-5-5-3可獲得優異的機械性能。β轉變溫度是合成物的特定溫度，在此溫度下合金從α-β顯微結構轉變為全β顯微結構。
化學性能與微觀結構的變化使鈦合金可獲得寬范圍的性能組合，并因此在航空構件中獲得廣泛應用。Ti-5-5-5-3的加工難度與Ti-6-4相比大約增加了30%，因此應用這種新型合金的零件制造商正致力于開發能夠不縮短刀具壽命、不延長生產周期的相應的加工工藝。
加工鈦合金時，材料硬度是一個關鍵因素。如果硬度值太低（＜38HRC，鈦合金會發粘，切削刃容易產生積屑瘤。而硬度值較高（＞38HRC）的鈦合金會對刀具材料產生磨蝕作用并使切削刃磨損。因此，正確選擇加工速度、進給量和切削刀具至關重要。
對切削刀具的要求
為了滿足生產成本、加工質量和按期交貨等方面的要求，新的工件材料和零件設計給航空零部件制造商增加了壓力。這些新材料的加工改變了對切削刀具的要求，提高金屬去除率、刀具壽命、產品質量和可預期的刀具無破損壽命對于高效、安全的加工至關重要。“難加工”是一個相對的概念，通過切削刀具與加工參數的正確組合，也能獲得高效的生產率。
在加工航空級鈦合金工件時，切削刀具制造商通過增加基體密度、設計特殊的刀具幾何形狀、采用精確的切削刃研磨技術以及開發新的涂層技術以控制刀—工界面產生的切削熱等方法，大大提高了刀具的性能。
在銑削加工中，鈦合金的一個重要特性就是熱傳導性極差。由于鈦合金材料的高強度和低熱傳導率，加工時會產生極高的切削熱（如果不加控制可高達1200℃）。熱量不是隨切屑排出或被工件吸收，而是聚集在切削刃上，如此高的熱量將大大縮短刀具壽命。
【生意上的事-用搜脈。了解更多搜了網資訊，請立即關注搜了網官方微信（微信號：sole518）】
上一篇： 由廣度向深度開掘
下一篇： 珠寶加工基地落戶經開區保稅區
