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钛金属切削加工中的刀具是怎么样选择?

2022-05-07 09:13:34

钛金属大型结构件的应用目前还处于规划之中,对于切削作业来说是一个挑战。例如波音787Dreamliner飞机上翼弦的切削率为大约95%。除了较高的原材料费用之外,钛金属的较低的切削量会导致较长的加工时间和较高的部件成本。如果说随着科技的进步,铝的单位时间切削量可以在1996至2006年期间翻了两倍多(从大约2000cm3/min提高到了7000cm3/min)的话,而钛金属的单位时间切削量则只有大约50cm3/min,仍然停留在一个比较低的水平上。由于这种金属材料越来越多地被使用在飞机工业上,因此需要大幅度地提高这种材料的单位时间切削量。 

对钛金属进行粗铣削作业时,经常使用HSS(高速钢)材质的铣刀。这种刀具由于具有很大的弹性,因此可以达到较大的进给量。但是这种材质的耐热性很低,因此只能适用于较低的切削速度。硬金属刀具虽然可以达到较高的切削速度,但时至今日所设计的刀具外形仍然只是适合加工铝质产品。迄今为止尚未有适合于高速铣削钛金属的专门刀具。总的来说,针对这种切削工艺,大多采用自由角度大的锋利刀片。 

在采用较小的切削角度时,由于机械载荷较大,因此在刀片边缘容易产生喷溅。这种喷溅会造成刀具的早期失灵。如果切削角度较大,达到γ=14和γ=20时,则刀具的磨损就会变缓。γ=20的刀具同样会出现刀片边缘喷溅,这是因为楔角β=58为较小。  

正向的切削角度一方面可以带来较小的工作力,刀片只会受到较小的载荷;另一方面却会生成较小的楔角度,造成不稳定的机械切割。此外,在切削速度较高时,所产生的工艺热量不能充分地从刀刃上被排走,刀具从而会受到很大的热载荷。采取γ=14切削角度的刀具可以达到蕞好的折衷程度,即切削力小,刀具边缘稳定,其磨损状态达到好。 

通过改善刀具的磨损状况,刀具即可用于很高的切削速度和很高的进给量的加工条件,并仍能达到Vw>400cm3的切削量。这个结果可以极大提高单位时间的切削量,并提高加工效率。这里所示的研究的结果与对旋转角度、刀片不均匀分布和切割边缘钝化等的结果一起,融入到了对一种16mm全硬金属柄式铣刀的设计方案里。采用这种刀具,单位时间切削量可以从25cm3提高到102cm3,这相当于提高了300%以上。


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