Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金的激光輔助切削加工研究

β型Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金具有強度高、斷裂韌性好等優(yōu)異性能，在飛機起落架和機艙等方面具有應(yīng)用潛力，但其切削加工性能較Ti-6Al-4V合金差，為此，澳大利亞學(xué)者研究了該合金的激光輔助切削加工(LAM)技術(shù)。LAM技術(shù)是利用激光束將被切削工件局部進行加熱，降低工件屈服強度的加工方法。本研究在較寬的進給量和切削速度的范圍內(nèi)，分析了Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金在激光輔助切削加工時激光束對切削力和切削溫度的影響，并與傳統(tǒng)加工(CM)技術(shù)進行了比較。

實驗用材料為經(jīng)真空電弧熔煉后在β相區(qū)及兩相區(qū)鍛造的Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金棒材。棒材經(jīng)830℃×1 h/AC固溶處理，并進行560℃ ×24 h/AC時效處理。CM采用2.6 kW車床(型號為AL540)，LAM采用由激光器上15 m長的激光光學(xué)纖維傳送的2.5 kW Nd:YAG激光。切削速度為9.5～200 m/min，進給量為0.054～0.28 mm/r，激光能量為400～1600 W。

對Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金的激光輔助切削加工及傳統(tǒng)加工進行了對比，結(jié)果表明:①在實驗的進給量和切削速度范圍內(nèi)，采用LAM的切削力最大可比CM降低15%;②采用LAM和CM技術(shù)加工時，切削力與進給量均呈線性比例，不同之處在于采用LAM時的切削力較采用CM時明顯低得多;③進給量低于0.15 mm/r時沒有明顯地降低切削所需的能量(切削力)，而進給量高于0.25 mm/r時將導(dǎo)致刀具迅速磨損，為了獲得最佳收益，采用LAM(激光功率為1200 W)切削時，優(yōu)選的進給量范圍為0.15～0.25 mm/r;④對于CM，在切削速度達到臨界值25 m/min之前，應(yīng)變硬化導(dǎo)致切削力不斷增加，而超過此臨界值后熱軟化將占主導(dǎo)地位，從而導(dǎo)致切削力降低，然而切削速度超過100 m/min后，快速增加的磨損將導(dǎo)致工具發(fā)生災(zāi)難性破壞;⑤對于LAM，當(dāng)切削速度低于25 m/min時，過熱將導(dǎo)致工件與刀具焊接，使工件表面質(zhì)量下降，而當(dāng)切削速度高于100 m/min時，將導(dǎo)致刀具過度磨損，因而當(dāng)采用1200 W激光束輔助切削該合金時，最佳切削速度范圍為25～100 m/min;⑥激光輔助切削加工的溫度范圍應(yīng)在1050～1250℃。