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钛合金的攻丝 磨削钛合金 砂轮的选择 磨削用量 磨削液 磨削方法 金刚石刀具加工钛合金 加工实例专业知识
钛合金的攻丝 磨削钛合金 砂轮的选择 磨削用量 磨削液 磨削方法 金刚石刀具加工钛合金 加工实例
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一．对钛合金进行攻丝
钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序，特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大，约为45号钢的2倍；丝锥刀齿过快地磨损、崩刃，甚至被“咬死”在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小，螺纹表面产生很大的回弹，使丝锥与工件接触的面积增大，造成很大的摩擦扭矩，磨损加剧；另外，切屑细小不易拳曲，有粘刀现象，造成排屑困难。因此，解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。
(1)普通丝锥：必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为：增大容屑空间，减少齿数；在校准齿上留出0.2～0.3 mm的刀带后，将后角加大到20°～30°，并沿丝锥全长磨去齿背中段；保留2～3扣校准齿后将后部的倒锥由0.05～0.2 mm/100 mm增大至0.16～0.32 mm/100 mm。当其他条件完全相同时，若将齿背宽度减小(磨去)1/2～2/3，攻丝扭矩下降1/4～1/3。
(2)修正齿丝锥：修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法，工作原理如图7-6所示。由图可知，修正齿丝锥的齿形角α0小于螺纹齿形角α1，使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角φ=(α1-α0)/2，并将丝锥螺纹做出较大的倒锥，使得摩擦扭矩大大减小，同时也利于切削液的冷却润滑。
图中各角度间的关系式为：
tanδ=tan κr (tan(α1/2)Bcot(α0/2) -1)
设计攻制普通螺纹的修正齿丝锥时，为检验方便，一般取丝锥齿形角α0=55°，切削锥角δ可在2°30′～7°30′之间选取。
标准丝锥的倒锥是从校准齿开始的，倒锥量为(0.05～0.2)mm/100 mm；修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始，并且倒锥数值远大于标准丝锥，如κr =7°30′的修正齿丝锥可达1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大，修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用，在切削锥前端时必须做出圆柱导向部，以避免丝锥刚攻入时产生歪斜，圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图7-7是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。
(3)跳牙丝锥：跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣，其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积，使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝，相邻螺扣侧刃之间有较宽绰的空间，改善了容屑和切削液进入切削区的条件，提高了丝锥的耐用度；同时在制造丝锥时，砂轮外缘顶部也不需过分尖锐，改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图7-8。
在相同的切削条件下经试验比较，跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的30％～50％，修正齿丝锥的35％～60％，耐用度比修正齿丝锥高1～3倍，用跳牙丝锥对钛合金攻丝效果最好。
(4)螺纹底孔：对钛合金攻丝一般按牙高率(螺孔实际牙型高度与理论高度的比率)不超过70％为依据来选取底孔直径大小，即螺纹底孔直径d1=d0-0.757 8p(d0为螺纹公称尺寸，p为螺矩)。小直径或粗牙螺纹牙高率可取大一些，被加工材料强度低或螺纹深度小于螺纹基本直径时，可适当增大牙高率，但过大会增大攻丝扭矩，甚至折断丝锥。为保证攻丝精度和表面质量，螺纹底孔应为铰后的孔。
钛合金的攻丝速度要根据材料的类型和硬度来确定。α钛合金的攻丝速度一般取Vc=7.5～12 m/min，α+β钛合金取Vc=4.5～6 m/min，β钛合金取Vc=2～3.5 m/min；钛合金的硬度≤HB350时选用较高的切削速度，反之选用较低的切削速度。
对钛合金攻丝时，一般用含Cl、P的极压切削液效果较好，但含Cl的极压切削液攻丝后必须清洗干净，防止零件晶间腐蚀；也可用蓖麻油、煤油的混合油作切削液。
二．磨削钛合金的特点
(1)磨削力大：磨削钛合金时，和一般磨削规律一样，径向力大于切向力。在相同条件下磨削TC9的径向分力几乎比45号钢大4倍，切向分力大80％左右。
(2)磨削温度高：钛合金磨削时滑擦过程所占比重大，产生强烈的摩擦，急剧的弹性、塑性变形和大量的热量，致使磨削区的温度很高。在相同条件下，磨削TC9的磨削温度为45号钢的1.5～2倍，最高时可达1000℃。
(3)砂轮磨损失效：磨削钛合金时，除粘结、扩散外，钛合金与磨粒之间起化学作用，从而加速了砂轮的磨损过程。观察磨削后的砂轮，钛呈云雾状分布，几乎看不到砂轮磨粒。
(4)表面质量不易保证：钛合金磨削时，工件表面容易产生有害的残余拉应力和表面污染层，表面粗糙度数值较大。磨后表面残余拉应力数值大小随磨削用量的加大而增大，磨削速度是残余应力的主要影响因素。
(5)生产率低：在保证所要求的零件加工精度的条件下，很难获得较高的生产率。磨削时砂轮容易变钝失效，磨削比很低，在相同条件下磨削Tc4的磨削比只有1.53，而45号钢为71.5，约为45号钢的1/47。
三．磨削钛合金时砂轮的选择
(1)磨料的选择：白刚玉WA砂轮一般只能在Vc≤10 m/s的条件下磨削钛合金，因为Vc加大会使磨削温度升高，钛合金表层会发生组织转变；而且在高温下很容易吸收空气中的氧形成氧化钛，并与Al2O3生成固溶体，因而增大了钛与Al2O3的粘附结合力，加剧砂轮的粘结磨损。
绿碳化硅GC及铈碳化硅CC磨料与钛合金粘附较轻，尤以CC砂轮的磨削力小且磨削温度低。采用混合磨料(以GC及CC为主磨料，以铬刚玉PA、单晶刚玉 SA、锆刚玉ZA或微晶刚玉MA为副磨料)磨削效果能得到很大提高，磨削温度降低到600℃以下，磨削比可达12。
采用人造金刚石JR和立方氮化硼CBN超硬磨料磨削钛合金效果最好。CBN砂轮磨削钛合金的磨削比比采用混合磨料高50～60倍，且工件表层残余应力几乎都为压应力，陶瓷CBN砂轮磨削效果见资料。
(2)粒度和硬度的选择：粒度和硬度都影响磨削比，粒度的影响大些。磨削钛合金时，常用粒度号为36号～80号的磨料、硬度为K～M的砂轮；较软的砂轮磨削力较小且磨削温度较低，但磨损较大。实践证明，既能减小磨削力又能适当提高磨削比，采用粒度为80号、硬度为J的砂轮为宜。
(3)结合剂的选择：磨削钛合金的砂轮一般选用陶瓷结合剂V，这种结合剂的砂轮磨削力比较大；对大而薄的砂轮选用橡胶结合剂R，可降低磨削温度和磨削力。
(4)组织的选择：采用中等偏疏松或疏松的砂轮组织5～8号为宜。成型磨削及精密磨削时，为保持砂轮型面及磨削表面粗糙度，可选用组织较为紧密的砂轮。
磨削钛合金时，不同磨削方式使用砂轮的具体选择见资料。
四．磨削钛合金时磨削用量的选择
由于钛合金的磨削温度高，再加上钛合金的化学活性大，工件表层组织很容易发生相变，而且容易产生有害的残余拉应力，会降低零件的疲劳强度，因此在选择钛合金的磨削用量时首先要考虑的是降低磨削温度。磨削速度对磨削温度的影响最大，即磨削钛合金时的速度不宜太高。具体的钛合金磨削用量见资料。
五．磨削钛合金时磨削液的选择
磨削钛合金时，要求磨削液具有冷却、润滑和冲洗作用，更重要的是应具有抑制钛与磨料的粘附作用和化学作用。目前用得较多的是水溶性磨削液，有亚硝酸钾溶液、亚硝酸钾和甲酸钠溶液、亚硝酸钠溶液、亚硝酸钠和甲酸钠溶液、亚硝酸胺溶液等。使用含极压添加剂S、Cl、P的极压油，效果较好，尤以氯(Cl)极压油效果最好，但磨后应清洗零件，以防降低零件的抗疲劳强度。
对于缓进给磨削推荐选用下述配方制备磨削液：亚硝酸钠，苯甲酸钠，甘油，三乙醇胺，水(其余)。使用立方氮化硼CBN砂轮磨削时不宜使用水溶性磨削液，因BN与水在800℃左右会起化学反应，造成砂轮过快磨损(BN+H2O→H2BO3+NH3)。
使用磨削液时，应特别注意流量要足够大，每毫米砂轮宽度一般不低于0.5 L/min。砂轮线速度越高，流量应越大。水箱容量一般为流量的1.5～3倍，以保持磨削液处于较低的温度。另外，钛合金的磨削温度较高，钛屑容易引起自燃，在使用油剂磨削液时，应注意防止发生火灾。
六．钛合金的特殊磨削方法
磨削钛合金除了常用的普通磨削法外，还可采用缓进给磨削法和低应力磨削法。
(1)缓进给磨削法：钛合金的缓进给磨削的特点与高温合金类同，有关的详细情况参照高温合金的缓进给磨削部分。钛合金的缓进给磨削一般选用 GC60G～JV的砂轮，磨削速度Vc=28～30 m/s，工件速度Vw=70 mm/min，磨削深度αp=1～2 mm。工件表面粗糙度值要求较小时，应采用较硬的砂轮；成形磨削时，可用金刚石滚轮或钢滚轮来修整砂轮。
(2)低应力磨削法：钛合金的低应力磨削是靠减小磨去单位体积金属消耗的能量，来降低磨后工件表层的残余拉应力，消除烧伤、变形和裂纹，很适合钛合金的磨削。低应力磨削应采取以下措施：使用较软的砂轮，经常保持砂轮和修整工具的锋利，减小径向进给量(或磨削深度)，降低磨削速度，大量充分使用性能好的磨削液。但此法生产率低，只适用于承受很高应力的零件(如：高循环应力或在腐蚀条件下工作的零件)，用这种磨削法可提高零件的疲劳强度。其磨削用量见表7- 14。
为了达到低应力磨削效果，应严格控制粗、半精、精磨三个阶段的径向进给量(或磨削深度)：
①粗磨阶段。由毛坯尺寸磨至比最终尺寸大0.25 mm，采用fr≤0.05 mm/st。
②半精磨阶段。再磨至比最终尺寸大0.05 mm，采用fr=0.008～0.015 mm/单行程，半精磨前应修整砂轮。
③精磨阶段。磨至最终尺寸，采用fr=0. mm/st，或根据需要用2～4个行程的无火花磨削至最终尺寸，精磨前应修整砂轮。
七．金刚石刀具切削加工钛合金的特点
从加工钛合金的各种刀具材料切削实验的结果可以看出，金刚石刀具加工钛合金的效果最为显著。这是因为金刚石在钛中的溶解度比在铁中小得多，切削时金刚石刀具的扩散磨损很小，故用金刚石刀具切削钛合金有以下特点：
(1)有很高的耐用度：用硬质合金刀具和金刚石复合片刀具车削钛合金棒料，采用的车削用量为 Vc=56 m/min、αp=1 mm、f=0.05 mm/r，用硬质合金刀具车削时，刀具很快就磨损了，切下的切屑体积仅有0.07 cm3；而在相同的磨损条件下，金刚石车刀却能切下多得多的切屑，切屑体积高达132 cm3，是硬质合金刀具的1885倍。通过切削钛合金试验，在相同的条件下，刀具材料磨损量最大的是氧化铝基陶瓷，其次是硬质合金，磨损量最小的是金刚石。
(2)有很高的导热性：钛合金的导热系数为5.44～10.47W／(m.K)，是45号钢的1/5～1/6，而金刚石的导热系数非常高，达146.5 W／(m.K)，是45号钢的3倍、硬质合金的1.7～7倍，加上金刚石硬度高，切削刃可磨得非常锋利，切削时产生的切削热较少，刀具又能传出很大部分切削热。因此用金刚石刀具加工钛合金的切削温度低。
(3)允许较高的切削速度：用YG类硬质合金加工TC4钛合金时，切削速度一般采用Vc=20～50 m/min；而用金刚石刀具在没用切削液干切时采用Vc=100 m/min，湿切时可高达Vc=200 m/min，比硬质合金高出好几倍，且刀具几乎看不出有多少磨损。
(4)粘结和扩散磨损最小：用于切削钛合金的各种刀具材料中，金刚石与钛合金间产生粘结和扩散的可能性最小，即切削时刀具产生粘结磨损和扩散磨损最小。
实践证明，精切钛合金时以金刚石刀具最佳，粗加工时以YG类硬质合金湿切为好。金刚石刀具的几何参数是γ0=-5°、α0=17°、κr=30°、κ′r=20°、λs=0°，rε=0.1 mm；切削用量是Vc=80～90 m/min，αp =0.2～0.4 mm，f=0.05～0.07 mm/r。
八．切削加工钛合金的实例
(1)将145 mm×65 mm的钛合金车成圆棒，在Vc=56m/min、αp =2 mm、f =0.1 mm/r的情况下，开始用YG8硬质合金刀具，只车下0.7 cm3体积的切屑。后改用金刚石复合刀片的车刀，切下切屑的体积达143 cm3，为硬质合金刀具的204倍，且后刀面磨损很小。又如，用天然金刚石刀具，在干式切削时，在Vc=100 m/min的条件下，切削30 min后，刀具几乎没磨损。在有切削液的条件下，切削速度可达200 m/min。
(2)铣削TB2钛合金，刀具材料为YS30硬质合金，在 Vc=100～150 m/min、αp =0.2～0.5 mm、αf =0.06～0.08mm/z的条件下，切削十分轻快，刀具磨损很小。
(3)对TC4钛合金车外圆和内孔，采用YM052硬质合金为刀具材料，在 Vc=70～120 m/min、αp =1～2 mm、f=0.2 mm/r条件下，刀具磨损比较小，而且表面粗糙度Rn可达0.8μm。
(4)在TC4钛合金上加工M185×3的螺纹，螺纹为50mm长。采用YM051超细颗粒硬质合金车刀，刀具可车5～6件。
(5)用不同切削速度加工TC4钛合金时，切削条件为：γ0=3°，α0=14°，κr =κ′r =45°，rε=1 mm，f=0.16 mm/r，tip=1 mm，切削速度分别为30 m/min、60～70 m/min和90～100m/min，结果是：低速时YS2有很高的耐磨性，在高速时，YD15的耐磨性高于YS2。
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如何看出金刚石复合片的质量
每家复合片的质量各有不同啊，配方不同，适用的岩层效果也会不一样。国外品牌的史密斯 休斯的比较好，国内的新亚 晶日 新锐的也还可以。还有复合片的质量主要取决于三个方面，第一是抗冲击性，第二是耐磨性，第三是热稳定性。每家的检测标准其实都是不一样的，获得的结果也是各有千秋。国内至今没有金刚石复合片畅伐扳和殖古帮汰爆咯的标准。单凭肉眼是很难判断复合片的质量的，楼主可以先使用碳化硅砂轮测试一下磨耗比。
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这东西，我想谁都看不出，最好就是试试
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