鈦合金深槽銑削加工跳齒鋸片銑刀試驗(yàn)認(rèn)證

　　鈦合金的彈性模量小、導(dǎo)熱導(dǎo)溫系數(shù)小，是一種典型的難加工材料，尤其進(jìn)行深槽切削時(shí)難度更大。圖1所示為在某一鈦合金零件上加工一個(gè)寬為4mm、深為30mm、長(zhǎng)為300mm的深槽的加工實(shí)例。

圖1

　　對(duì)于普通材料(如45鋼)，加工上述深槽常采用高速鋼(W18Cr4V)鋸片銑刀(φ120×φ40×4，60齒)進(jìn)行銑削，并充分冷卻，即可得到良好的銑削效果。但對(duì)于鈦合金TC4材料，用上述鋸片銑刀切削深度為30mm的盲槽時(shí)，一個(gè)新刀片在加工第1～2件工件時(shí)刀具即產(chǎn)生磨損，其切削刃變鈍，如不及時(shí)進(jìn)行刃磨，則切削刃前方的擠壓會(huì)明顯增大，切削區(qū)的金屬變形也增大，同時(shí)，磨損后刀具的后角不斷減小，從而加大了刀具后面與已加工表面的摩擦力，使切削熱增加，導(dǎo)致切削溫度急劇升高。在加工第三個(gè)零件時(shí)，其刀齒兩側(cè)刀尖明顯燒壞，尤其是刀齒背部和容屑槽里都粘有鈦屑，表明在切削過程中發(fā)生了嚴(yán)重的擠壓。這是由于除了鈦合金導(dǎo)熱導(dǎo)溫系數(shù)小，鈦合金材料與刀具材料摩擦系數(shù)大等原因造成切削溫度急速升高外，還存在著由于容屑槽不夠大導(dǎo)致排屑困難。如對(duì)上述磨損的刀片進(jìn)行刃磨，需將燒壞的刀尖完全磨出，其刀片直徑要磨去3～4mm，這樣，一把刀具的刃磨次數(shù)會(huì)大大減少，使刀齒的容屑槽變得更小。實(shí)踐表明，經(jīng)過這樣刃磨后的刀片，最多只能加工一個(gè)零件。為此，在研究中試著將新刀片進(jìn)行跳齒以增大銑刀的容屑空間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種方法可使刀具的壽命提高3倍左右，每個(gè)刀片可加工5個(gè)零件。這種刀具可滿足科研試制的需要，但不能滿足批量生產(chǎn)的要求。

　　我們利用對(duì)鋸片銑刀進(jìn)行跳齒的辦法，可使用于銑削鈦合金TC4的鋸片銑刀壽命得到顯著提高。這種方法可減少刀具與鈦合金材料的摩擦，并可增大容屑空間，但這種方法的潛力有限。從生產(chǎn)效率和成本的角度考慮，應(yīng)設(shè)計(jì)硬質(zhì)合金(YG15)焊接刀具和高速鋼(W6Mo5Cr4V2Al)焊接刀具，其刀具結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2

　　如圖2所示，刀具的前角為6°～8°，后角為6°，側(cè)刃后角為3°～5°。

　　用硬質(zhì)合金焊接刀具和高速鋼焊接刀具對(duì)上述工件的開槽加工進(jìn)行試驗(yàn)(切削條件相同)，高速鋼焊接刀具能加工6個(gè)零件，而YD15焊接刀具可加工30個(gè)零件。綜合鋸片銑刀和跳齒鋸片銑刀，在切削用量為ap=7mm，f=0.3mm/r，v=26m/min的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，可得出刀具磨損與加工槽數(shù)之間的關(guān)系(見圖3)。

圖3

　　從圖3可以看出，在鈦合金深槽銑削加工中，刀具的磨損主要與刀具材料有關(guān)，對(duì)鈦合金這種難加工材料，應(yīng)優(yōu)先選用細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料，可大大提高其加工效率和加工質(zhì)量。此外，刀具切削部分的結(jié)構(gòu)也很重要，既要考慮刀齒有較大的容屑空間，又要考慮選用合理的齒數(shù)以提高加工效率。因此我們選用4齒或6齒硬質(zhì)合金焊接式槽銑刀，滿足了鈦合金深槽批量加工的要求。

　　試驗(yàn)表明，對(duì)于鈦合金深槽銑削加工，采用跳齒鋸片銑刀與常規(guī)鋸片銑刀相比，刀具壽命提高3倍;采用YD15硬質(zhì)合金焊接銑刀可顯著提高刀具壽命。