巴索植物油基切削液在航空領(lǐng)域鈦合金的加工
前言:本文旨在探討航空領(lǐng)域鈦合金常見(jiàn)問(wèn)題與巴索公司植物油基切削液的應(yīng)用解決方案等
鈦合金以其比強(qiáng)度高诗茎、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)理想的制造材料磷拧,但由于其切削加工性差竿疫,長(zhǎng)期以來(lái)在很大程度上制約了它的應(yīng)用。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展颗用,近年來(lái)堤型,鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)段、發(fā)動(dòng)機(jī)罩纬惶、排氣裝置等零件的制造以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造子宵。
20世紀(jì)50年代,軍用飛機(jī)進(jìn)入了超聲速時(shí)代诽闲,航空發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)地進(jìn)入噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)代彪性,原有的鋁、鋼結(jié)構(gòu)已不能滿足新的需求科请。鈦合金恰恰在這個(gè)時(shí)候進(jìn)入了工業(yè)性發(fā)展階段稍记,由于它具有比強(qiáng)度高、使用溫度范圍寬(-269~
鈦合金在航空中主要用途
合金系和類(lèi)型 |
代號(hào) |
產(chǎn)品種類(lèi) |
主要用途 |
工業(yè)純鈦 |
TA1类浪、TA2载城、TA3 |
板肌似、帶棺克、管蟀披、棒、線系枪、鑄件 |
飛機(jī)骨架睬澡、蒙皮固额、發(fā)動(dòng)機(jī)部件 |
鈦鋁合金 |
TA6 |
板、棒煞聪、管斗躏、鑄件 |
飛機(jī)蒙皮、骨架零件讹荣、壓氣機(jī)殼體树颖、葉片等 |
鈦鋁釩合金 |
TC4、TC10 |
板诡亥、棒、管 |
飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件瞪澈、起落支架等 |
鈦釩鉻合金 |
TC5 |
厚板卑裹、棒、鍛件 |
支架結(jié)構(gòu)脓额、氣動(dòng)導(dǎo)管等 |
鈦合金特點(diǎn)及切削加工性
鈦合金相對(duì)一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn):
比強(qiáng)變高:鈦合金密度只有
機(jī)械性能好:鈦合金熔點(diǎn)為
抗蝕性好:在
導(dǎo)熱性差著觉,致使切削溫度很高村生,降低了刀具耐用度惊暴。
塑性低、硬度高镇辉,使剪切角增大屡穗,切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度很小,前刀面上應(yīng)力很大娶恕,刀刃易發(fā)生破損揖漫。
彈性模量低,彈性變形大篓释,接近后刀面處工件表面回彈量大垄坡,所以已加工表面與后刀面的接觸面積大,磨損嚴(yán)重采璧。同時(shí)在刀具設(shè)計(jì)中盡可能采用較短刀桿琼葫。
鈦合金切削過(guò)程中的這些特點(diǎn)使其加工變得十分困難,導(dǎo)致加工效率低馋顶,刀具消耗大蚯巍。
圖1:鈦合金零件銑削加工
鈦合金切削加工的一些原則
根據(jù)鈦合金的性質(zhì)和切削過(guò)程中的特點(diǎn),加工時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:
盡可能使用硬質(zhì)合金刀具麻彬,如鎢鈷類(lèi)硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小浅涛、導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度也較高窍各。低速下斷續(xù)切削時(shí)可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金恤锣,成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼。
采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度全封,減小工件與后刀面的摩擦马昙,刀尖采用圓弧過(guò)渡刃以提高強(qiáng)度,避免尖角燒損和崩刃售貌。要保持刀刃鋒利给猾,以保證排屑流暢,避免粘屑崩刃颂跨。
切削速度宜低敢伸,以免切削溫度過(guò)高;進(jìn)給量適中恒削,過(guò)大易燒刀池颈,過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快;切削深度可較大钓丰,使刀尖在硬化層以下工作躯砰,有利于提高刀具耐用度每币。
加工時(shí),切削液的選擇至關(guān)重要琢歇,美國(guó)洛克希德公司認(rèn)為氯會(huì)導(dǎo)致表面硬化加劇峰遇,產(chǎn)生晶間腐蝕,因此水性產(chǎn)品最好不含氯拭牌。
附:關(guān)于晶間腐蝕intercrystaline corrosion篡前,這是沿金屬晶粒間界面向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。鈦及其合金與氧有很強(qiáng)的親合力方占,很易形成高穩(wěn)定性的氧化膜泡愉,即使因機(jī)械原因遭到破壞也能很快恢復(fù)。但不是萬(wàn)能耐蝕材料升院,長(zhǎng)期或重復(fù)與氯化物溶液接觸會(huì)使鈦金屬結(jié)構(gòu)性能下降锄灾。鈦的縫隙腐蝕主要發(fā)生在高溫鹵素離子溶液中、濕氯氣和含有氯氣的工業(yè)大氣中匠借;經(jīng)常發(fā)生在縫隙表面局部區(qū)域覆霹,在過(guò)程中往往要吸氫,且隨著吸氫量增大胆快,表面積聚大量氫化物導(dǎo)致微裂紋形成家么,在外應(yīng)力作用下產(chǎn)生開(kāi)裂。
僅就切削液而言汁掠,選用植物油基的切削液是最優(yōu)方案。
植物油基切削液
在機(jī)加工應(yīng)用領(lǐng)域中集币,引進(jìn)植物油基冷卻液可使機(jī)械切削性能全面提高考阱。作為一項(xiàng)經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證的技術(shù),自20世紀(jì)60年代以來(lái)鞠苟,植物油一直被認(rèn)為具有超級(jí)潤(rùn)滑性能乞榨。而在當(dāng)時(shí)能選用作為機(jī)加工潤(rùn)滑劑的只局限于含有各種添加劑的礦物油基冷卻液。今天当娱,新一代的乳化劑和穩(wěn)定劑使植物油基冷卻液在各種機(jī)加工應(yīng)用領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用吃既。由于在加工工藝中采用了這類(lèi)冷卻液,因此生產(chǎn)率也大大提高跨细。據(jù)報(bào)道鹦倚,使生產(chǎn)率提高20 %到30 %是很普遍的。此外冀惭,刀具的使用壽命也提高了50 %以上震叙。巴索公司從20世紀(jì)90年代開(kāi)始推出了自己的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穩(wěn)定性和在加工中保持高潤(rùn)滑性經(jīng)受了考驗(yàn)散休。由于植物油基切削液呈兩極分子結(jié)構(gòu)媒楼,其潤(rùn)滑效果比礦物油基切削液要好出蛾,從而明顯提高了切削速度,延長(zhǎng)了刀具的耐用度观哲。某些企業(yè)反饋刀具的使用壽命甚至延長(zhǎng)了一倍掏躬。另外,其加工過(guò)程中的穩(wěn)定性也高于其他切削液担戏,由于磨損緩慢续疲,從而保證了批量加工的最后一個(gè)工件的加工精度與第一個(gè)工件一樣。
植物油的高潤(rùn)滑性能是由植物油分子的基本成分以及其本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定伶门。以植物油為基礎(chǔ)的冷卻液于哩,其潤(rùn)滑性能產(chǎn)生于植物油成分的固有“油性”,這種特性是直接由植物油“機(jī)靈的分子”所造成的結(jié)果棵擂。這類(lèi)分子很長(zhǎng)见炫,很重,具有兩極性拙达,即:分子的兩端帶有相反的電荷得稼。
分子的兩個(gè)“極端”對(duì)金屬表面具有很強(qiáng)的化學(xué)親和力,它們像微小的磁鐵那樣俭驮,緊緊地吸附在金屬的表面上回溺。植物油分子垂直、緊密混萝、均勻地排列在金屬的表面上遗遵,結(jié)果在其表面形成一層厚厚的、結(jié)實(shí)逸嘀、耐久的潤(rùn)滑薄膜车要。
礦物油基-非極性分子 植物油基-極性分子
非極性分子在工件表面油膜排列 極性分子在工件表面的致密油膜排列
圖2:礦物油基與植物油基油膜排列比較
相反,礦物油的分子是不帶極性的崭倘。它們?cè)诮饘俦砻嫔系姆植寂帕惺遣灰?guī)則的翼岁,因此所產(chǎn)生的潤(rùn)滑層比較薄弱。植物油的粘溫指數(shù)越高司光,就越能保證其在操作溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定的潤(rùn)滑特性琅坡。隨著加工溫度的提高,植物油的粘度降低速率比礦物油慢残家。相反榆俺,隨著溫度的降低,植物油的液態(tài)流動(dòng)性要比礦物油好闸骨,有利于與切屑和工件分離稻沮。而且其熔點(diǎn)較高,有利于提高金屬切削率递蚪,降低煙霧的形成谅沛,減少發(fā)生火災(zāi)的危險(xiǎn)羞遭。
植物油分子的大小十分均勻,而礦物油分子的大小變化范圍很大喳睬。因此蔼于,礦物油的物理特性,例如其在蒸發(fā)時(shí)和達(dá)到沸點(diǎn)時(shí)的粘度受到很大的影響泥出,而植物油因蒸發(fā)和霧化造成的損耗卻極低柴怒。這樣可為人們營(yíng)造出一個(gè)健康和清潔的工作環(huán)境。
鈦合金加工的一些應(yīng)用
航空行業(yè)一直是巴索公司的重點(diǎn)行業(yè)辟焚,全球許多航空制造企業(yè)都對(duì)巴索公司產(chǎn)品給予極高肯定肩雾。
巴索公司產(chǎn)品在使用的有
波音公司:論證號(hào)BAC 5008,BLASOCUT與VASCO系列
Rolls Royce羅爾斯羅伊斯公司:論證號(hào)CSS No 129&131 TYPE A究滞,VASCO系列等
空中客車(chē)公司:VASCO系列等
GE航空發(fā)動(dòng)機(jī):BLASOCUT系列
EADS歐洲航宇防務(wù)集團(tuán):BLASOCUT與VASCO系列
等等症杏。。瑞信。厉颤。。凡简。
圖3:使用巴索切削液加工出的羅羅公司的航空發(fā)動(dòng)機(jī)
鈦合金加工中不同切削液刀具磨損對(duì)比
切削速度
藍(lán)色線:其它品牌切削液 粉色線:Vasco 1000 綠色線:Vasco 5000
圖4:不同切削液加工鈦合金刀具損耗比較
Pratt and Whitney普惠公司是一家著名的航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商,在其一臺(tái)蠕動(dòng)磨床上筐眷,巴索的VASCO 5000有效解決了先前問(wèn)題挖函。
眾所周知,磨削鈦合金零件常見(jiàn)的問(wèn)題是粘屑造成砂輪堵塞以及零件表面燒傷浊竟。其原因是鈦合金的導(dǎo)熱性差,使磨削區(qū)產(chǎn)生高溫津畸,從而使鈦合金與磨料發(fā)生粘結(jié)振定、擴(kuò)散以及強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。粘屑和砂輪堵塞導(dǎo)致磨削比顯著下降魁夫,擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果城汹,使工件被磨表面燒傷,導(dǎo)致零件疲勞強(qiáng)度降低窗耘,這在磨削鈦合金鑄件時(shí)更為明顯拄下。
與原使用產(chǎn)品相比,使用壽命由6個(gè)月提高到18個(gè)月卖檬,砂輪壽命增長(zhǎng)20%鸳咐,客戶年總成本節(jié)省26896美元嘁拖。
圖5:加工完成后的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子
加拿大某航空企業(yè)公司在加工鈦合金零件鉆削與攻絲時(shí),使用一般乳化液泥觉,經(jīng)常面臨絲錐損耗嚴(yán)重以及切削液壽命過(guò)短問(wèn)題(單機(jī)水箱
以植物油為基礎(chǔ)的冷卻液,在大部分應(yīng)用領(lǐng)域已顯示出其加工性能大大優(yōu)于礦物油和合成配方的冷卻液察滑。這些優(yōu)越性—加工周期縮短打厘、刀具更換時(shí)間大大縮短、加工件的精度提高贺辰、工作環(huán)境友好且利于環(huán)被Фⅲ—大部分應(yīng)歸功于植物油基金屬加工冷卻液的使用及其較高的潤(rùn)滑性能。
VASCO系列產(chǎn)品在鈦加工中表現(xiàn)出卓越的性能饲化,其高效的切削性能和超低的刀具磨損使得同類(lèi)產(chǎn)品與之相比遜色很多莽鸭。Vasco 系列的應(yīng)用領(lǐng)域是高性能加工和高強(qiáng)度金屬加工。特別是在鈦的加工領(lǐng)域吃靠,我們將繼續(xù)進(jìn)一步研發(fā)以保持和擴(kuò)大我們的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)硫眨。
目前,VASCO系列切削液廣泛應(yīng)用于航空/航天領(lǐng)域里鈦加工巢块;另外织岁,其他高強(qiáng)度和難加工材料如鎳合金、高溫合金炒垫、不銹鋼着脐、航空鋁合金等使用該系列產(chǎn)品也將使加工變得更為容易。
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