激光快速成形TA15鈦合金硬度均勻性
材料的組織結構是影響機械加工工藝的重要因素之一。圖3為激光快速成形TA15鈦合金沿沉積生長方向的縱截面宏觀形貌，從圖中清晰可見與表面“魚鱗紋”狀形貌相對應的逐層熔化沉積痕跡。進一步的高倍顯微組織分析表明(圖4)，激光快速成形TA15鈦合金具有超細“網(wǎng)籃狀”特殊顯微組織，其α片層細小、片層集束取向隨機多樣，具有快速凝固組織特征，這是激光快速成形鈦合金具有優(yōu)異綜合力學性能的凝固組織基礎。
圖3 激光快速成形TA15鈦合金典型顯微組織OM照片
材料硬度是影響其切削加工工藝的重要因素之一，激光快速成形TA15鈦合金材料橫截面和縱截面顯微硬度分布如圖5所示。可以看出，顯微硬度值分布均勻穩(wěn)定，為HV350～HV400。
圖5 激光快速成形TA15鈦合金材料顯微硬度分布
研究同時表明，不同厚度試塊及沿不同方向，顯微硬度值均無較大波動，宏觀硬度測試結果同樣較為均勻穩(wěn)定，為HRC40～HRC44。激光快速成形鈦合金材料顯微硬度對壁厚、形狀等的不敏感性與材料內部硬度分布的均勻性，為后續(xù)切削加工提供了穩(wěn)定的有利條件。
激光快速成形TA15鈦合金切削工藝性能
1 刀具材料和刀具幾何參數(shù)選擇
由于鈦合金熱導率低、塑性低、金屬粘著傾向大等特性，對刀具壽命影響很大，刀具材料選用主要應從降低切削溫度和減少粘性2方面出發(fā)。通常應選擇紅硬性好、抗彎強度高、耐磨性高、導熱性能好且與鈦合金親和性差的刀具材料。
本課題以激光快速成形TA15鈦合金工字梁飛機典型結構為對象，對比研究了不同刀具的切削效果。結果表明，激光快速成形鈦合金切削加工的刀具材料和刀具幾何參數(shù)的選擇基本可沿用鍛件的選擇情況，但由于激光快速成形鈦合金零件的特殊表面形貌，在銑削表面氧化層過程中，可選用高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4V4Co8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al)等刀具材料以降低成本。
在激光快速成形TA15鈦合金飛機構件的銑削加工研究中發(fā)現(xiàn)，可以根據(jù)磨損和排屑等情況對銑刀進行修磨，改變銑刀的幾何參數(shù)，改善切削加工性能。采用可轉位刀具和硬質合金單刀銑削，粗加工時要求刀具前角、后角要小些，精加工時要求刀具前角、后角、螺旋角要偏大些或刀齒密些，并盡可能縮短切削刃長。加工激光快速成形TA15鈦合金飛機構件的刀具結構參數(shù)見表1。
2 切削參數(shù)的選擇
激光快速成形TA15 鈦合金材料切削參數(shù)的選擇與鍛件基本相同，一般原則是高的切削速度、中等的每齒進給量fz、較小的軸向切深ap 和適當大的徑向切深ae但是，在銑削表面層時要求大的切深，以避免表面波紋起伏、粘結硬質氧化物顆粒及表面滲氧硬質層對刀具的急劇磨損和“打刀”崩刃。
激光快速成形TA15鈦合金飛機短梁構件在加工表面層和正常粗加工時的銑削參數(shù)如表2所示(刀具材料均為Y330A)。
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