液氮冷却下大进给铣削TC4钛合金的试验研究.pdf

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1、2014年第48卷No．813液氮冷却下大进给铣削TC4钛合金的试验研究陈冲，赵威，何宁，李亮，杨吟飞南京航空航天大学摘要：钛合金是现代飞行器的主要结构材料之一，是一种典型的难加工材料。针对切削加工钛合金时刀具磨损快、表面质量不易控制等难题，将TC4钛合金作为研究对象，以液氮作为冷却介质，进行了TC4钛合金的大进给铣削试验，测试了液氮冷却条件下大进给铣削TC4钛合金的铣削力、铣削温度以及刀具磨损等，并与乳化液和低温冷风条件下的测试结果进行了对比分析。结果表明：在以较大的切削速度和每齿进给量铣削TC4钛合金

2、时，采用液氮冷却比使用乳化液能更有效地降低切削力和切削温度；比采用低温冷风冷却能更有效地延长刀具寿命。关键词：液氮；低温切削；TC4钛合金；大进给铣削中图分类号：TG506．3文献标志码：AExperimentalStudyonHighFeedMillingofTC4Ti—AlloyinLiquidNitrogenCoolingChenChong，ZhaoWei，HeNing，LiLiang，YangYinfeiAbstract：Titaniumalloyisoneofmainstructuralmate

3、rialsofmodernaircraft，butitisalsoonetypicaldifficult—to—machinemateria1．Inthemachiningprocessoftitaniumalloy，toolwearisfastandsurfacequalityisdificulttocontrol，SOanexperimentofhighfeedmillingofTC4Ti—Alloyinliquidnitrogencoolingwascarriedouttomeasuremillin

4、gforce，millingtemperatureandtoolwearincomparisonwithemulsioncoolantandcryogenicgasjetcooling．Theexperimentalre—saltsindicatethatliquidnitrogenismoreeffectivethanemulsioninreducingcuttingforceandcuttingtemperaturewhencuttingspeedandfeedpertootharelarger，an

5、dliquidnitrogenismoreeffectivethancryogenicgasjetinprolongingtoollifeduringhighfeedmillingofTC4titaniumalloy．Keywords：liquidnitrogen；cryogeniccutting；TC4titaniumalloy；highfeedmilling温度。为提高加工效率，采用了大进给铣削方1引言式。同时，将试验结果与乳化液冷却和低温冷风钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、焊接l生能好条件下的测试结

6、果进行了对比分析，探讨了液氮用等特点，被广泛应用于航空航天工业。但是，钛合金于TC4大进给铣削加工的可行性。化学活性高，导热性和切削加工性差，是一种典型的2试验条件及方案难加工材料。用传统方法切削钛合金时，刀具磨损严重，工件表面质量难以保证，很难解决钛合金的难2．1试验条件加工问题，且切削液的大量使用会过多消耗能源和(1)机床：试验机床采用常州机床厂生产的资源，产生较严重的环境污染。因此，采用绿色低温TH5660A立式加工中心，最高转速为5300rpm，最大切削是解决这一问题的有效方法。工作进给速度为50

7、00mm／min。目前，在钛合金切削加工中采用的绿色冷却润(2)刀具：试验刀具采用Walter公司的涂层硬滑方式主要有液氮冷却¨J、低温氮气射流j、液态二质合金可转位刀片(材料为WSP45)。氧化碳冷却和低温冷风冷却l4等。近年来，国内外(3)工件材料：TC4钛合金，是一种典型的—研究者对液氮低温切削进行了一系列研究，发现与干B型中强度钛合金。切削和浇注乳化液的切削方式相比，液氮低温切削(4)切削力测量：采用Kisfler9625B三向压电可以有效抑制刀具磨损，提高加工表面质量。J。式动态’狈叻仪，该测力

8、仪可测量、y、z三个方向的本文针对TC4钛合金的铣削加工，在前人研究切削力。的基础上，进一步分析了液氮冷却下刀具的磨损状(5)切削温度测量：采用半人工夹丝法，将经过况，并重点研究了液氮低温铣削时的切削力和切削处理的薄康铜丝放置在贴有绝缘材料的钛合金试块之间，用平口虎钳固定在机床工作台上。用NIUSB一44315通道动态信号采集模块采集热电势信号，基金项目：国家自然科学基金资助项目(51005118)收稿日期：2014年7月并配