钛合金种类较多,材料类型不同其切削性能也不同,但应用最多的Ti-6Al-4V合金属于典型的难切削材料,主要存在以下加工难点。
(1)切削温度高。钛合金强度尤其是高温强度高在切削时将产生大量的热量,热导率小,刀-屑接触长度较短切削热难以传散,切削温度很高。切削Ti-6Al-4V 时,切削产生热量80%都传导到了刀具中,仅有20%左右被切屑带走
(2)冷硬现象严重,易产生表面变质层。钛化学活性高,在较高温度下容易与空气中的如氧、氮、氢等产生化学反应,形成冷硬层,冷硬层会导致表层组织不均匀,可能加剧刀具磨损。
(3)单位接触面积上的切削力大。钛合金强度较高,材料去除困难,而刀屑接触长度极短,因此单位接触面积上的切削力极大,容易造成崩刃及振动等。
(4)弹性模量低。钛合金弹性模量约为107.8 ~117.6GPa,在切削力作用下容易产生变形,已加工表面回弹较大使刀具后刀面与已加工表面摩擦较大,影响加工表面粗糙度并加剧刀具磨损;此外,极低的弹性模量还可能引起振动。
(5)刀具易磨损。钛合金单位面积上切削力大、切削温度高,钛与大多数刀具合金元素亲和性大容易导致刀具合金元素的迅速流失,切削过程中摩擦较为严重,刀具材料力学性能迅速下降、切削刃迅速钝化、刀具迅速磨损失效。
(6)切削液使用不当时对刀具热冲击较大。钛合金切削时切削温度较高,在切削点处会形成很大的热量堆积,切削液使用不当会产生膜态沸腾现象使切削点得不到连续有效的润滑和冷却,会加快刀具磨损。
钛合金超精密车削刀具材料应具有以下特点。
(1)极高的硬度、耐磨性和弹性模量,以保证刀具寿命和尺寸稳定性。
(2)切削刃钝圆可以磨得极其锋锐且不会迅速钝化;能承受巨大的切应力。
(3)切削刃无缺陷,刃磨刀面粗糙度小,切削能得到超光滑的镜面。
(4)刀具材料和钛的化学亲和性小、抗粘接性好、摩擦系数低。
(5)刀具材料具有足够的高温强度与高温硬度,导热性能好,在使用切削液时能够承受较大的热冲击。
钛合金超精密车削切削液选择原则:
车削加工时最常用的一种切削加工方法,粗车时加工余量较大,因而切削深度和进给量都较大,切削阻力大,产生大量切削热,刀具磨损也较严重,主要应选择用以冷却作用为主并具有一定清洗、润滑和防锈作用的水基切削液,将切削热及时带走,降低切削温度,从而提高刀具耐用度,一般选用极压乳化液效果好,可选择斯卡兰索路伯D乳化切削液。斯卡兰索路伯D乳化切削液通用可溶性切削液,采用特殊的基础油,乳化剂和偶合剂精制而成。该产品即使在硬水、高稀释比的情况下也能形成常的乳化液,本产品清除能力强,硷储量高,泡沫倾向低,并含有通用杀菌剂,可以杀灭加工液槽中所常见的各种微生物。
极压乳化液除冷却性能好之外,还具备良好的极压润滑性,可明显延长刀具使寿命,提高切削效率,使用水基切削液要注意机床导轨面的保养,下班前要将工作台上的切削液擦干,涂上润滑油。精车时,切削余量较小,切削深度只有0.05-0.8mm,进给量小,要求保证工件的精度和粗糙度。精车时由于切削力小,温度不高,所以宜采用高浓度(10%以上)的乳化液和含油性添加剂的切削液为宜。
斯卡兰索路伯D乳化切削液具有以下特点:
1、提高机械加工与磨削的工作效率
本产品的去污能力强,可以防止磨削轮粘带上碎砂、碎屑、有助于碎屑的冲洗和沉淀分离,本产品发泡倾向非常小,有利于提高机床的运行速度。
2、提高加工精度,提高表面光洁度
本产品的润滑能力强,冷却特性好,散热快的特点,减少了刀具与工件间的摩擦,这无疑提高了工件的加工清度,同时,它的高去污能力有助于保持磨削轮的干净,从而也提高了工件的表面光洁度。
3、降低维修保养费用
本产品的去污能力强,有助于磨削碎屑的冲洗和沉淀分离,选料精良的基础油对机器和零部件能给予必要的防锈保护,此外,本产品的硷储量高,能有效地减少乳化液在使用过程中所形成的腐蚀性能。
4、乳化液的使用寿命长
本产品综合了基础油,乳化剂和偶合剂这三者的平衡作用,使乳化液具有性能稳定,使用寿命长的特点。本产品硷储量高,改善了乳化液抗细菌性降解的能力。此外,本产品高超的杀菌剂,能够有效地控制乳化液中的微生物。
5、融入更多的环保元素
微乳化切削液不含有对人体有害的成分,其是环保无毒、无异味、对人体皮肤无刺激。而且便于回收、低污染、排放的废液处理简便,经处理后能达到国家规定的工业污水排放标准等。属环保型切削液。