钛合金可切削性的研究及加工刀具设计(二）

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　　(3)含碳量的影响

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　　钛合金的可切削性与含碳量有关。当含碳量大于0.20%时，合金中会形成硬的碳化物，使可切削性下降；而含碳量小于0.20%时，可切削性得到改善。

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　　(4)加工硬化的影响

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　　加工硬化被认为是钛合金加工困难的原因之一。为了确定它的影响程度，我们进行了试验，结果表明在任何加工情况下，钛的加工硬化程度都远小于不锈钢，也小于其它种类容易硬化的钢。

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　　钛合金严重的硬化是在切削加工中所产生的局部高温使钛很容易吸收大气中的氧和氮形成又硬又脆的外皮而造成的。在正常切削条件下，其硬化深度为0.1～0.15mm，硬化程度为20%～30%。

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　　2.2钛合金相对可切削性切削条件的研究

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　　(1)刀具材料

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　　加工钛合金时，不宜使用YT类硬质合金刀片。因为：①YT类硬质合金刀片中含有钛，它会与被加工的钛合金发生亲和作用，粘掉刀尖。②车削钛合金时，车刀与切屑的接触远比加工钢时小得多，作用在车刀接触面积上的单位切削刀较大，由于YT类硬质合金刀片较脆，因此容易崩刃。

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　　一般生产中采用YG类刀片加工钛合金，尽管其耐磨性较差。通常在粗车和断续车削时采用YG8刀片，精车和连续车削时用YG3刀片，一般加工则用YG6X刀片。

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　　实践证明，含钽的硬质合金YA6(属于细颗粒钨钴类硬质合金)效果较好，由于加入了少量的稀有元素，提高了刀片耐磨性，代替了原有的YG6X，其抗弯强度、硬度也都比YG6X高。

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　　在低速切削或切削复杂型面时，可采用高钒高速钢(W12Cr4V4Mo)和高钴高速钢(W2Mo9Cr4VCo8)刀具，它们是加工钛合金最好的刀具材料，但因钴资源少且价格昂贵，因此应尽可能少用，以保护稀有资源并降低成本。

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　　(2)刀具几何角度

　　切削钛合金时，车刀后角α0是所有刀具参数中最敏感的，因为切削层下的金属弹性恢复大和加工硬度大，一般采用大后角可使刃口易于切入金属层，减小后刀面的磨损，但后角过小(小于15°)会出现金属的粘附现象；而后角过大，刀具将被削弱，刀刃容易崩碎。因此，大多数切削钛合金的车刀采用15°后角。从刀具耐用度来看，α0小于或大于15°，都会降低车刀的耐用度。此外，α0为15°的车刀刀刃比较锋利，并可降低切削温度。

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　　由于钛合金在切削过程中，会与空气中的氧、氢、氮等形成硬脆化合物，造成刀具磨损(主要发生在车刀前刀面上)，因此应采用小值前角；此外，钛合金的塑性低，切屑与前刀面的接触面积小，为此也应选用小值前角，这样做可增加切屑与前刀面的接触面积，使切削热和切削压力不至于过分集中于刃口附近，既有利于散热，又加强刃口，避免因切削力集中而产生崩刃。因此，用硬质合金刀具加工(α+β)钛合金时，取前角γ0=5°左右并磨出倒棱f(宽度为0.05～0.1mm)，γf=0°～10°，刀尖磨成r=0.5mm小值圆弧，刃倾角λ=+3°。

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　　但是研究工作表明，车刀前角在28°～30°范围内时刀具的耐用度最好；刀尖圆弧半径增大也可以减少刀具的崩落现象。

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　　一般车削钛合金外圆车刀的几何参数：倒棱f=0.3～0.7mm，γf=0°，γ0=8°～10°，α0=15°，r=0.5mm，λ=0°，κr=45°，κ′r=15°。

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