切削速度对高速车削TC4钛合金切削力影响研究与分析.docVIP

切削速度对高速车削TC4钛合金切削力影响研究与分析 　　摘 要 钛合金因具有一系列优点而被广泛用于航空、海洋、军工、医疗等多个领域。高速切削因具有切削效率高、加工质量高、经济性良好等特点，成为先进制造技术的一个重要发展方向。但在高速切削钛合金过程中会引起刀具磨损加快、切削力矛盾变化等一系列问题，通过理论分析与仿真试验对比，深入研究钛合金切削时切削速度对切削力影响，提高钛合金的切削加工效率和加工质量。 　　关键词 钛合金；切削速度；切削力 　　中图分类号：TG146.2+3 文献标识码：B 　　文章编号：1671-489X（2017）04-0138-04 　　Abstract With the characteristics of high efficiency， high quality and 　　good economic performance， high speed cutting is becoming an im-portant direction of advanced manufacturing technology. However， cutting titanium alloy with high speed will cause a series of problems， 　　like accelerating cutting-tool wear， paradoxical change of cutting force and etc. Through theory analysis and simulated tests， the author 　　deeply studied the impact of cutting speed on cutting force when cutting titanium alloy in order to raise processing efficiency and quality. 　　Key words titanium alloy； cutting speed； cutting force 　　1 引言 　　钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属。钛合金因具有比强度（强度/密度）高、高温强度好（耐热性能好）、抗腐蚀性好、耐低温性好、导热系数小、弹性模量小等一系列特点，而被广泛用于航空、海洋、军工、医疗等各个领域。在我国，钛资源比较丰富，但钛合金的切削条件要求非常高，尤其是对切削速度特别敏感，不恰当的切削参数会引起极大的切削力，造成刀具急剧磨损，影响刀具使用寿命。 　　2 钛合金分类 　　钛是同素异形体，在常温下钛合金有3种基本组织，通过向纯钛中添加铝、钼、钒、铬等其他合金元素，改变其相组织成分与相变温度而得到不同组织的钛合金（表1）。其中，α钛合金的切削加工性最好，α+β钛合金次之，β钛合金切削加工性最差。因此，在钛合金的使用中，α与α+β钛合金应用较为广泛，尤其是以典型的Ti-Al-V系列马氏体α+β两相钛合金Ti6A14V应用最为普遍，几乎占钛合金使用总量50%以上。 　　3 钛合金的切削加工性 　　材料加工的难易程度取决于材料多种特性。钛合金是一种难以加工的材料，其切削加工性很差，当硬度大于HB350 　　时难于切削，硬度小于HB300时容易出现粘刀。综合影响钛合金切削加工性的因素如下。 　　变形系数小 切屑沿着前刀面滑动产生大的摩擦阻力，刀具磨损加剧。 　　切削区温度高 钛合金材料导热系数小，散热性能差，刀具和工件、刀具和切屑之间摩擦产生的切削热将集中在切削刃附近，极易造成工件烧灼，刀具软化硬度下降，刀具磨损严重等现象。 　　弹性模量小 钛合金的弹性模量小，导致在切削过程中，在切削力的作用下产生较大的弹性恢复，回弹量达到一定程度后，会使刀具的切削后角减小，增大后刀面与工件加工表面之间的摩擦。 　　刀尖应力大 通常钛合金材料的切削应力是中碳钢的1.3倍，容易造成刀具崩刃、磨损。 　　化学活性大 在一定的切削温度下，钛合金很容易吸收空气中的O、N、H等元素，形成氧化钛、氮化钛、氢化钛等硬皮，使表面硬化和变脆，塑性变低，加工硬化程度变高，刀具磨损加剧。 　　粘结磨损明显 在高温条件下，钛合金元素容易与刀具材料亲和、扩散，导致产生粘结磨损。 　　4 切削速度vc对切削力的影响原理 　　金属切削时刀具前刀面的力通过切屑传递给剪切面上，剪切面上变形需要的力由两部分构成： 　　一是剪切力Fs； 　　二是切削层材料沿着剪切面滑移造成动能改变所需要的附加力Fm（达朗伯惯性力），如图1所示。 　　其中： 　　总切削力F： 　　在切削速度vc小于1500 m/min时，Fm相比Fs小得多，可以忽略不计的