增减材复合加工TC4高精度孔试验对比研究

摘要

目的提升增材制造钛合金孔的表面精度和质量。方法在一定的切削速度下,通过改变进给速度,对比分析经选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形的试样采用直接钻削和成形预制孔后再钻削的加工方式后,试样的表面质量、尺寸精度和切削力信号等的变化情况。结果SLM成形原始孔的实际尺寸普遍小于理论尺寸,主要原因是其存在塌陷区域和粉末黏附区。采用进给速度20 mm/min并配合SLM成孔后再加工的方式,得到的孔结构的加工质量表现相对最好,毛刺相对最少,尺寸误差最低达到了22μm,且轴向切削力整体最低,最大切削力下降了约29%,平均切削力下降了约61%。经增材制造成形再进行钻削加工后,其整体切削力显著低于对增材板件直接钻削的切削力,且前者切削力的波动相较于后者更大,并具有一定的周期性。经SLM成孔后,再采用钻削加工后,刀具更加耐破损,但是其耐磨损性较差,主要原因是刀具与残留在原始孔周围的金属粉末相互摩擦,加剧了刀具的磨损。SLM成孔后再钻削加工方式会产生离散的粒状和节状切屑,且其尺寸普遍较小,宽度为30μm左右,切屑可以被有效排出,减少了积热;在直接加工方式下主要为带状切屑,切屑连续且尺寸较大,宽度为300μm左右,这不利于切屑的排出,导致刀具排屑困难、积热严重。结论增减材复合加工TC4钛合金可以获得高精度孔,且其尺寸误差最低为22μm。