新聞動態(tài)
NEWS CENTER?
鈦和鈦合金因具有強度高、耐腐蝕性好、比重輕和耐熱性好等優(yōu)良的綜合性能而廣泛應用于航空和航天、醫(yī)療、化學以及石油等工業(yè)中。其中，特別是航空工業(yè)以70%的消費量而成為諸如結(jié)構(gòu)件、起落架零件和渦輪結(jié)構(gòu)件等鈦產(chǎn)品的最大市場。盡管鈦材料的成本較高，然而鈦的使用還是在持續(xù)地增加。
鈦合金良好的物理和機械性能，對于飛機構(gòu)件具有十分重要的意義：較高的比強度，具有類似于鋼的強度，卻只有鋼一半的重量；較低的熱導率，這使構(gòu)件在特別低的溫度下，不會變脆，而在較高溫度下又不會產(chǎn)生明顯的膨脹；較高的高溫強度，耐高溫可達550℃，而不致發(fā)生材料性能變化；較好的耐腐蝕性能，因此，鈦合金可用于制造與碳纖維材料構(gòu)件相連接的連接件，以替代易產(chǎn)生電化學腐蝕的鋁與碳纖維材料的連接；以及較低的彈性模量，使構(gòu)件具有抗塑性變形的能力等等。
在飛機工業(yè)中，對于鈦合金的結(jié)構(gòu)件，其材料切除量要達到90%。而像波音B-787這樣的大型飛機則是從超過90噸鈦合金加工成總重量約為11噸的眾多不同構(gòu)件。但是，為了盡可能降低加工成本，值得去追求較高的材料切除率。然而在最近十年里鈦材料切除率只是增加了一倍，而鋁的材料切除率卻增加了5倍。目前，鋁的材料切除率已達到10L/min或更高些，而對于鈦的切削剛剛達到0.5L/min。
鑒于近幾年來，特別是在飛機制造業(yè)中，鈦合金零部件以及鈦合金/碳纖維連接構(gòu)件份額不斷的增加，提高切削加工鈦合金材料的生產(chǎn)效率愈來愈具有重要的意義。
鈦合金是很難切削的材料
然而，鈦合金材料的這些優(yōu)點卻成為其在切削加工時的難點。鈦合金材料之所以難以切削，一個主要原因之一是它很差的熱導率和較高的比熱容。這阻礙了通過切屑和工件把切削熱從切削區(qū)傳送出去。而大部分的熱（約75%）傳給了切削刀刃。很高的溫度促使在刀刃表面上發(fā)生擴散和粘結(jié)，形成積屑瘤，并同時由于鈦合金材料的高強度，在切削時產(chǎn)生較大的切削力。因此，在加工過程中使刀具承受著很高的熱負載和機械負載。其次，鈦合金的彈性模量低，在切削力作用下構(gòu)件會產(chǎn)生變形，后又發(fā)生回彈，從而影響到構(gòu)件的加工精度。
從這里可以看出，切削鈦合金所存在的主要問題是由于刀具吸收的切削熱太多，以至加快了刀具的磨損，迫使采用較低的切削速度，這顯然會降低加工效率和增加單件成本。例如，一個Ti6Al4V材質(zhì)的渦輪增壓壓縮機葉輪，其制造費用的50%是用于切削加工的費用。
不難看出，解決鈦合金材料的切削問題在于采用耐高溫的硬質(zhì)合金刀具和對切削過程中的刀具進行有效冷卻。為提高鈦合金材料的切削效率和加工可靠性，有不少刀具生產(chǎn)廠家和高等院校開展了卓有成效的研究試驗工作。在德國，特別是諸如Darmstadt工業(yè)大學、亞琛工業(yè)大學、Braunschweig工業(yè)大學、萊布尼茨漢諾威大學以及Dortmund工業(yè)大學等院校在鈦合金切削機理、有限元模型分析、仿真、刀具幾何角度、切削試驗和采用不同冷卻方式等方面開展了一系列研究，其中亞琛工業(yè)大學的機床實驗室（WZL）還與伊斯卡（Iscar），肯納金屬（Kennmetal），山高刀具（Seco Tools）和山特維克（Sandvik）等刀具廠密切合作開展了包括高壓冷卻等技術(shù)的研究，而萊布尼茨漢諾威大學的生產(chǎn)技術(shù)和機床研究所（IFW）由空中客車德國公司、肯納金屬、Paul Horn和Lehmann精密刀具等公司進行資助，開展了“通過刀具開發(fā)，提高鈦材料銑削加工的材料切除率”項目的研究工作。
高壓冷卻是一種有效解決辦法
研究表明，對刀具進行冷卻是解決鈦合金切削難題的一種有效辦法。目前，高效冷卻刀具的技術(shù)開發(fā)，主要有二種發(fā)展途徑。一種是采用高壓冷卻潤滑，另一種是采用冷氣進行冷卻，即采用液態(tài)氮（-196℃）或液態(tài)二氧化碳（CO2）（-65℃）進行冷卻，尤其是液氮，這對于冷卻銑刀是一種很有應用前景的冷卻方式。應指出，采用氮冷卻或二氧化碳冷卻進行輔助的切削是一種干式加工，這種干式冷卻不僅能冷卻刀具、有助快速斷屑和延長刀具壽命外，仍具有干切削加工所具有的眾多經(jīng)濟、技術(shù)和生態(tài)效益。
在目前，考慮到高壓冷卻的良好冷卻效果，以及現(xiàn)有加工中心和車削中心又都配有冷卻潤滑設備，還有許多刀具廠家又都能提供用于這種高壓冷卻的刀具，并積累了許多實際使用經(jīng)驗（無論是車削還是銑削），因此，采用通過主軸的高壓冷卻潤滑液無疑是成為一種首選。
采用常規(guī)的大流量冷卻，冷卻潤滑液到達不了切削刀刃和切屑之間的切削區(qū)，不能有效地冷卻切削刀刃。 為實現(xiàn)有效冷卻刀具，冷卻潤滑液的供給應以較高的壓力和足夠的流量，精確地對準切削刀刃和切屑之間的接觸區(qū)。在這個接觸區(qū)形成一個高能量沖擊楔，由此縮短切屑和刀刃之間的接觸時間，降低切削區(qū)溫度，同時使切屑變脆，通過冷卻和機械沖擊力這兩個效應的疊加，很快使切屑折斷并可靠排出，從而大大提高了加工的可靠性，由此也有利于實現(xiàn)切削過程的自動化。
