不銹鋼和鈦合金工件高效深孔鉆削工藝

這里以難加工材料鈦合金為研究對象,針對鈦合金材料的加工難點(diǎn)特性,選擇目前國內(nèi)相應(yīng)的硬質(zhì)合金材料,并優(yōu)化組合出不同的鉆頭幾何參數(shù),進(jìn)行了深孔鉆削試驗(yàn)。通過對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,確定出適合加工鈦合金材料的深孔鉆用刀片材料和幾何參數(shù)。

我公司承攬的風(fēng)電項(xiàng)目中,需要加工一批不銹鋼(1cr18ni9)材質(zhì)的薄板類密封環(huán)(見圖1)?，F(xiàn)介紹該類密封環(huán)的車序加工工藝措施,為解決不銹鋼薄板類工件的加工提供一種新方法。

對ta17鈦合金與1cr18ni9ti不銹鋼的焊接接頭強(qiáng)度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。采用恒溫恒壓擴(kuò)散焊、相變超塑性擴(kuò)散焊和脈沖加壓擴(kuò)散焊實(shí)現(xiàn)了鈦合金和不銹鋼的焊接,測試了焊接接頭的強(qiáng)度,并對接頭進(jìn)行了金相觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn):3種接頭的強(qiáng)度都達(dá)到了264mpa,且接頭為多層次的多相組織。物相分析發(fā)現(xiàn)鈦合金不銹鋼接頭中存在fe2ti和σ(fecr)兩種脆性金屬間化合物。脈沖加壓擴(kuò)散焊能促進(jìn)擴(kuò)散過程,減少金屬間化合物的形成,改善其分布,是一種較有前景的擴(kuò)散焊方法。

針對不銹鋼和鈦合金材料在攻絲時(shí)的難題,如何在實(shí)際加工中選取合理的攻絲條件。我們首先分析兩種材料的加工特性,又從絲錐材料、切削速度、切削液三方面說明了對不銹鋼和鈦合金材料攻絲加工時(shí)的影響和選取方法。

一、鈦合金 鈦是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有強(qiáng)度高、耐蝕性好、 耐熱性高等特點(diǎn)而被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。世界上許多國家都認(rèn)識到鈦合金材料的重要性，相 繼對其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實(shí)際應(yīng)用。20世紀(jì)50～60年代，主要是發(fā)展航空發(fā)動機(jī)用 的高溫鈦合金和機(jī)體用的結(jié)構(gòu)鈦合金，70年代開發(fā)出一批耐蝕鈦合金，80年代以來，耐蝕 鈦合金和高強(qiáng)鈦合金得到進(jìn)一步發(fā)展。鈦合金主要用于制作飛機(jī)發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)部件，其次為 火箭、導(dǎo)彈和高速飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件。 鈦合金的密度一般在4.51g/cm3左右，僅為鋼的60%，純鈦的強(qiáng)度才接近普通鋼的強(qiáng)度， 一些高強(qiáng)度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其 他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件。目前飛機(jī)的發(fā)動機(jī)構(gòu)件、 骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和尖端產(chǎn)品的日益精密化、集成化和微型化,微小孔加工的數(shù)量越來越多,對加工質(zhì)量的要求也越來越高。盡管加工微小孔的工藝方法有很多,例如激光束、電子束、離子束和電火花加工等,但是在國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、實(shí)用性最強(qiáng)的仍然是麻花鉆機(jī)械鉆孔。

不銹鋼薄壁工件的機(jī)械加工是一個(gè)相當(dāng)棘手的難題,由于自身的剛性差,在裝夾時(shí)受到夾緊力作用,銑削時(shí)受到銑削力作用,很容易造成工件變形,進(jìn)而嚴(yán)重影響工件的形位公差;材料為不銹鋼的工件在銑削過程中很容易粘刀,使刀具表面形成

分析了鈦及鈦合金與不銹鋼的物理化學(xué)性能的差異對連接接頭性能的影響以及鈦合金與不銹鋼焊接接頭的性能,綜述了國內(nèi)外鈦及鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散連接的發(fā)展現(xiàn)狀,展望了表面自納米化技術(shù)在鈦及鈦合金與不銹鋼擴(kuò)散連接上的運(yùn)用及發(fā)展。

通過對衛(wèi)星推進(jìn)系統(tǒng)三種常用材料(鈦合金、不銹鋼和鋁合金)的薄壁、小直徑異材管路結(jié)構(gòu)高頻感應(yīng)釬焊工藝試驗(yàn),研制出了相應(yīng)的中間層材料,優(yōu)化了焊接工藝參數(shù),并對優(yōu)化的工藝參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證,為航天器薄壁、小直徑異材管路結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

群鉆鉆尖用于不銹鋼鉆削,有較好的排屑性能,但是難于實(shí)現(xiàn)三段切屑分別斷屑。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn):選用合理的切削刃幾何參數(shù),充分利用各段切屑之間的相互作用力,可以顯著提高斷屑效果,從而延長刀具壽命,提高效率。本文介紹試驗(yàn)過程、結(jié)果以及對不銹鋼鉆削斷屑機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識。

不銹鋼_鎳基合金及鈦合金的酸洗

鈦合金和不銹鋼的異種金屬結(jié)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景,但實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用的關(guān)鍵是兩者可靠的連接。綜述了鈦合金和不銹鋼焊接存在的問題以及國內(nèi)外擴(kuò)散焊接研究進(jìn)展,并提出了進(jìn)一步的研究方向。

對鈦合金和不銹鋼焊接性進(jìn)行分析,介紹了國內(nèi)外鈦合金和不銹鋼連接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,提出一種新型焊接方法:真空熱軋焊接,并采用nb作為中間層進(jìn)行了鈦合金和不銹鋼真空熱軋連接研究。

用相變超塑性擴(kuò)散焊法實(shí)現(xiàn)了鈦合金ta17與不銹鋼0cr18ni9ti之間的連接。研究了工藝參數(shù)對接頭強(qiáng)度的影響,得到試驗(yàn)條件下鈦合金與不銹鋼焊接的優(yōu)化工藝參數(shù)為循環(huán)上限溫度890℃,循環(huán)下限溫度800℃,循環(huán)次數(shù)10,焊接壓力5mpa,循環(huán)加熱速度30℃/s。在優(yōu)化的工藝條件下,接頭強(qiáng)度達(dá)到307mpa,而焊接時(shí)間僅為160s。對拉伸斷口進(jìn)行了掃描電鏡觀察、能譜分析和x射線衍射分析,發(fā)現(xiàn)斷裂沿feti和β-ti層之間的某一個(gè)位置發(fā)生,feti金屬間化合物層是接頭的最薄弱環(huán)節(jié)。對接頭進(jìn)行了能譜分析,結(jié)合fe-cr-ti三元相圖發(fā)現(xiàn),鈦合金與不銹鋼之間的反應(yīng)區(qū)內(nèi)依次形成了σ、fe2ti、feti和β-ti層。

不銹鋼鉆孔工藝 在不銹鋼工件上鉆孔常采用麻花鉆，對淬硬不銹鋼，可用硬質(zhì)合金鉆頭， 有條件時(shí)可用超硬高速鋼或超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金鉆頭。鉆孔時(shí)扭矩和軸向力大， 切屑易粘結(jié)、不易折斷且排屑困難，加工硬化加劇，鉆頭轉(zhuǎn)角處易磨損，鉆頭 剛性差易產(chǎn)生振動。因此要求鉆頭磨出分屑槽，修磨橫刃以減小軸向力，修磨 成雙頂角以改善散熱條件。 鉆削不銹鋼的典型鉆頭(即不銹鋼群鉆)如圖1所示。 圖1不銹鋼群鉆 l≈0.32d0，l/2>l1>l/3，r≈0.2d0，h=0.04d0，b≈0.04d0。使用這種鉆頭鉆削 1cr18ni9ti時(shí)，對?20mm、?25mm、呾mm三種直徑的鉆頭，采用n=105r/min， f=0.32mm/r、0.4mm/r、0.56mm/r、0.67mm/r四種不同的進(jìn)給量，均可順利 地?cái)嘈己团判肌?還可采用不銹鋼斷屑鉆頭(圖2)、s形硬質(zhì)合金

不銹鋼鉆孔工藝 在不銹鋼工件上鉆孔常采用麻花鉆，對淬硬不銹鋼，可用硬質(zhì)合金鉆頭，有條件 時(shí)可用超硬高速鋼或超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金鉆頭。鉆孔時(shí)扭矩和軸向力大，切屑易粘 結(jié)、不易折斷且排屑困難，加工硬化加劇，鉆頭轉(zhuǎn)角處易磨損，鉆頭剛性差易產(chǎn) 生振動。因此要求鉆頭磨出分屑槽，修磨橫刃以減小軸向力，修磨成雙頂角以改 善散熱條件。 鉆削不銹鋼的典型鉆頭(即不銹鋼群鉆)如圖1所示。 圖1不銹鋼群鉆 l≈0.32d0，l/2>l1>l/3，r≈0.2d0，h=0.04d0，b≈0.04d0。使用這種鉆頭鉆削 1cr18ni9ti時(shí)，對?20mm、?25mm、呾mm三種直徑的鉆頭，采用n=105r/min， f=0.32mm/r、0.4mm/r、0.56mm/r、0.67mm/r四種不同的進(jìn)給量，均可順利 地?cái)嘈己团判肌?還可采用不銹鋼斷屑鉆頭(圖2

不銹鋼餐具的局部鍍金,傳統(tǒng)工藝較為復(fù)雜。研制了可剝塑料膠做為陰極保護(hù)膠;以烙燙法對花紋圖案進(jìn)行剝離加工;采用可以直接在不銹鋼上鍍金的電解液。實(shí)踐證明:該工藝簡單易行、生產(chǎn)成本低,產(chǎn)品美觀華麗,花紋圖形清晰,鍍金層色澤鮮艷,達(dá)到了出口標(biāo)準(zhǔn)。

某鈦合金零件,厚度為60mm,需在零件上鉆三處直徑為ф4的通孔,是典型的深孔加工。此類鈦合金零件需加工的深孔尺寸小,精度高,孔位置度和與底面垂直度要求高,加工中,常常出現(xiàn)刀具破損嚴(yán)重,切屑不易排除,鉆頭被咬住,扭斷等現(xiàn)象,造成孔中心偏斜,孔邊距超差,因此該鈦合金零件的孔邊距超差是目前存在的主要問題,本文對鈦合金深孔鉆削位置度的工藝研究進(jìn)行探討。

對不銹鋼在鉆削加工過程中的各工藝環(huán)節(jié)加以分析,就其中影響加工質(zhì)量的因素展開討論,以提高不銹鋼的加工精度,同時(shí)延長鉆削刀具的工作壽命。

概述了不銹鋼自攻和鉆削螺釘制造技術(shù)的發(fā)展，給出了五種螺釘?shù)闹圃旒夹g(shù)并且給予很高的評價(jià)，以利于國內(nèi)的發(fā)展。

“米切爾”鋼鐵股份公司是俄羅斯最大的不銹鋼薄板和卷板生產(chǎn)廠之一。該廠生產(chǎn)的鋼種很多——由低碳鋼（〈0．03％c）到高合金鋼一應(yīng)俱全。全球不銹鋼冶金發(fā)展的主要趨勢是把碳含量降到0．03％以下，這樣就不需要為了防止晶間腐蝕傾向，而加入昂貴的穩(wěn)定劑，特別是鈦。

在機(jī)械切削加工中,不銹鋼作為難加工金屬材料的種類之一,其耐磨性高、韌性好、粘度高、散熱性差、加工硬化傾向嚴(yán)重等突出特點(diǎn)造成該類型金屬材料鉆孔加工過程中切削力大、切削溫度高,從而導(dǎo)致鉆頭磨損劇烈,耐用度大大降低。本文將理論分析與實(shí)踐驗(yàn)證得出的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)提煉,為在不銹鋼材料上加工小孔的鉆頭找到了新的、易于掌控的刃磨方法,新的刃磨方法為鉆頭切削部位提供了科學(xué)合理的幾何參數(shù),有效改善了切削條件,使切削更省力,刀具更耐用,從而解決了鉆削不銹鋼材料的中小型鉆頭難刃磨、加工效率低、刀具壽命短的