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在钛金属加工中能够成倍提高刀具使用寿命的植物基切削油
编辑:烟台鼎元机械设备有限公司   发布时间:2018-01-09

 钛合金以其比强度高、机械性能及抗蚀性良好而成为飞机及发起机理想的制造资料,但由于其切削加工性差,长期以来在很大水平上限制了它的应用。随着加工工艺技术的开展,近年来,钛合金已普遍应用于飞机发起机的压气机段、发起机罩、排气安装等零件的制造以及飞机的大梁隔框等构造框架件的制造。 

20世纪50年代,军用飞机进入了超声速时期,航空发起机相应地进入喷气发起机时期,原有的铝、钢构造已不能满足新的需求。钛合金恰恰在这个时分进入了工业性开展阶段,由于它具有比强度高、运用温度范围宽(-269~600℃)、抗蚀性好和其他一些可应用的特性,因而很快被选用于飞机及航空发起机。50年来的世界钛市场中最大的用户一直属于航空。当前,航空依然占50%左右市场份额。

钛合金特性及切削加工性 

钛合金相对普通合金钢具有以下优点: 

·比强变高:钛合金密度只要4.5g/cm3,比铁小得多,而其强度与普通碳钢相近。 

·机械性能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,具有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下通常显现出较好的韧性。 

·抗蚀性好:在550℃以下钛合金外表易构成致密的氧化膜,故不容易被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀才能。 

另一方面,钛合金的切削加工性比拟差。主要缘由为: 

·导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度。600℃以上温度时,外表构成氧化硬层,对刀具有激烈的磨损作用。 

·塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面接触长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易发作破损。 

·弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件外表回弹量大,所以已加工外表与后刀面的接触面积大,磨损严重。同时在刀具设计中尽可能采用较短刀杆。 

·钛合金切削过程中的这些特性使其加工变得非常艰难,招致加工效率低,刀具耗费大。 

钛合金切削加工的一些准绳 

依据钛合金的性质和切削过程中的特性,加工时应思索以下几个方面: 

尽可能运用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高。低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金,成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢。 

采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度,减小工件与后刀面的摩擦,刀尖采用圆弧过渡刃以进步强度,防止尖角烧损和崩刃。要坚持刀刃尖利,以保证排屑流利,防止粘屑崩刃。 

切削速度宜低,以免切削温渡过高;进给量适中,过大易烧刀,过小则因刀刃在加工硬化层中工作而磨损过快;切削深度可较大,使刀尖在硬化层以下工作,有利于进步刀具耐用度。 

加工时,切削液的选择至关重要,美国洛克希德公司以为氯会招致外表硬化加剧,产生晶间腐蚀,因而水性产品最好不含氯。 

附:关于晶间腐蚀intercrystaline corrosion,这是沿金属晶粒间界面向内部扩展的腐蚀。钛及其合金与氧有很强的亲合力,很易构成高稳定性的氧化膜,即便因机械缘由遭到毁坏也能很快恢复。但不是万能耐蚀资料,长期或反复与氯化物溶液接触会使钛金属构造性能降落。钛的缝隙腐蚀主要发作在高温卤素离子溶液中、湿氯气和含有氯气的工业大气中;经常发作在缝隙外表部分区域,在过程中常常要吸氢,且随着吸氢量增大,外表积聚大量氢化物招致微裂纹构成,在外应力作用下产生开裂。 

仅就切削液而言,选用植物油基的切削液是最优计划。 

植物油基切削液 

在机加工应用范畴中,引进植物油基冷却液可使机械切削性能全面进步。作为一项经过理论考证的技术,自20世纪60年代以来,植物油不断被以为具有超级光滑性能。而在当时能选用作为机加工光滑剂的只局限于含有各种添加剂的矿物油基冷却液。今天,新一代的乳化剂和稳定剂使植物油基冷却液在各种机加工应用范畴得到实践应用。由于在加工工艺中采用了这类冷却液,因而消费率也大大进步。据报道,使消费率进步20 %到30 %是很普遍的。此外,刀具的运用寿命也进步了50 %以上。巴索公司从20世纪90年代开端推出了本人的VASCO系列植物油基切削液以及VASCOMILL系列植物油基切削油。 

巴索公司的努力在加工稳定性和在加工中坚持高光滑性禁受了考验。由于植物油基切削液呈两极分子构造,其光滑效果比矿物油基切削液要好,从而明显进步了切削速度,延长了刀具的耐用度。某些企业反应刀具的运用寿命以至延长了一倍。另外,其加工过程中的稳定性也高于其他切削液,由于磨损迟缓,从而保证了批量加工的最后一个工件的加工精度与第一个工件一样。 

植物油的高光滑性能是由植物油分子的根本成分以及其自身的化学构造所决议。以植物油为根底的冷却液,其光滑性能产生于植物油成分的固有“油性”,这种特性是直接由植物油“机灵的分子”所形成的结果。这类分子很长,很重,具有两极性,即:分子的两端带有相反的电荷。 

分子的两个“极端”对金属外表具有很强的化学亲和力,它们像微小的磁铁那样,紧紧地吸附在金属的外表上。植物油分子垂直、严密、平均地排列在金属的外表上,结果在其外表构成一层厚厚的、坚固、耐久的光滑薄膜。 

密油膜排列 

矿物油基与植物油基油膜排列比拟 

相反,矿物油的分子是不带极性的。它们在金属外表上的散布排列是不规则的,因而所产生的光滑层比拟单薄。植物油的粘温指数越高,就越能保证其在操作温度范围内稳定的光滑特性。随着加工温度的进步,植物油的粘度降低速率比矿物油慢。相反,随着温度的降低,植物油的液态活动性要比矿物油好,有利于与切屑和工件别离。而且其熔点较高,有利于进步金属切削率,降低烟雾的构成,减少发作火灾的风险。 

植物油分子的大小非常平均,而矿物油分子的大小变化范围很大。因而,矿物油的物理特性,例如其在蒸发时和到达沸点时的粘度遭到很大的影响,而植物油因蒸发和雾化形成的损耗却极低。这样可为人们营造出一个安康和清洁的工作环境。 

钛合金加工的一些应用 

航空行业不断是巴索公司的重点行业,全球许多航空制造企业都对巴索公司产品给予极高肯定。 

巴索公司产品在运用的有 

波音公司:论证号BAC 5008,BLASOCUT与VASCO系列 

Rolls Royce罗尔斯罗伊斯公司:论证号CSS No 129&131 TYPE A,VASCO系列等 

空中客车公司:VASCO系列等 

GE航空发起机:BLASOCUT系列 

EADS欧洲航宇防务集团:BLASOCUT与VASCO系列 

等等... 

关于钛合金加工来说,处理刀具磨损严重是一大课题,巴索公司的VASCO系列切削液很好的处理了问题。在某航空企业现场的比照数据显现巴索公司的产品比同行们俭省刀具耗费50%以上 

众所周知,磨削钛合金零件常见的问题是粘屑形成砂轮梗塞以及零件外表烧伤。其缘由是钛合金的导热性差,使磨削区产生高温,从而使钛合金与磨料发作粘结、扩散以及激烈的化学反响。粘屑和砂轮梗塞招致磨削比显著降落,扩散和化学反响的结果,使工件被磨外表烧伤,招致零件疲倦强度降低,这在磨削钛合金铸件时更为明显。 

与原运用产品相比,运用寿命由6个月进步到18个月,砂轮寿命增长20%,客户年总本钱俭省26896美圆。 

加拿大某航空企业公司在加工钛合金零件钻削与攻丝时,运用普通乳化液,经常面临丝锥损耗严重以及切削液寿命过短问题(单机水箱400升,均匀每个丝锥仅可加工100-150件,直径10-15毫米,运用浓度8%,切削液原先寿命2-4个月)。在运用了巴索公司的VASCO 5000切削液后,刀具寿命进步了150%,均匀可加工300件左右,切削液寿命到达18个月,每年仅环保处置费用就俭省了50000美圆。 

以植物油为根底的冷却液,在大局部应用范畴已显现出其加工性能大大优于矿物油和合成配方的冷却液。这些优越性—加工周期缩短、刀具改换时间大大缩短、加工件的精度进步、工作环境友好且利于环保—大局部应归功于植物油基金属加工冷却液的运用及其较高的光滑性能。 

VASCO系列产品在钛加工中表现出杰出的性能,其高效的切削性能和超低的刀具磨损使得同类产品与之相比逊色很多。Vasco 系列的应用范畴是高性能加工和高强度金属加工。特别是在钛的加工范畴,我们将继续进一步研发以坚持和扩展我们的抢先优势。 

目前,VASCO系列切削液普遍应用于航空/航天范畴里钛加工;另外,其他高强度和难加工资料如镍合金、高温合金、不锈钢、航空铝合金等运用该系列产品也将使加工变得更为容易。


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