钛合金材料的数控铣削加工技术研究

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航天航空产品中钛合金的铣削加工技术

航天航空产品中钛合金的铣削加工技术

以 上 呈体 心 立 方 品格 结 构 ,称 为 卢钛 。利 用钛 的上 述 两 种 结构 的 不 同特 点 ,添 加 适 当 的 合金 元素 ,使 其 相 变温 度 及 相 分含 量 逐 渐改 变 而 得 到不 同组织 的 钛 合 金 。室 温 下 ,钛 合 金 有三 种 基 体组 织 ,钛合 金
三 、结语
在砂 轮 抛 光 机 设备 上 ,使 用 白刚 玉 、碳 化硅 砂 轮 和 磨料 进 行 钛 合金 叶 片 型面 的 连续 打 磨 抛 光时 ,
会 出现表 面 烧 蚀现 象 ,同 时伴 随 烧 伤现 象 产 生 ;在
磨抛 光不会 出现表面烧蚀 现象 ,但 会 出现烧 伤现 象 ;利用砂带抛光机设备进行钛合金叶片型面打磨
( ) 钛合金 1
它 是 相 固 溶 体 组 成 的 单 相
合 金 ,不 论 是 在一 般 温 度 下还 是 在较 高 的 实 际应 用 温 度 下 ,均 是 相 ,组 织稳 定 ,耐 磨 性 高 于纯 钛 , 抗 氧化 能 力 强 。在 50 0 C的 温 度下 ,仍保 持 其 0 ~6 0
强度 和 抗蠕 变 性 能 ,但 不 能进 行 热 处理 强化 ,室温 强度 不高 。 ( ) 钛 合金 2 它是 相 固溶体 组 成 的单 相 合
过程 中容 易产生粘 刀、剥落 、咬合等现象 ,刀具 温度迅速升高 ,导致 刀具 磨损 ,甚至完全破坏 。
正 因为 钛 合 金具 有 比强 度 高 、耐 腐 蚀性 好 、耐 高 温 等优 点 ,从2 世 纪 5 年 代开 始 ,钛 合 金 在航 空 0 0 航 天领 域 中得 到 了迅 速 的 发展 。钛 合金 是 当 代飞 机 和 发动 机 的 主要 结 构 材料 之 一 ,可 以减 轻 飞机 的 重 量 ,提 高结 构 效率 。在 飞 机用 材 中钛 的 比例 ,客 机

钛合金的铣削加工技术

钛合金的铣削加工技术

钛合金的铣削加工技术钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、焊接性能好等优异综合性能,在航空航天等领域得到越来越广泛应用。

但是,钛合金的一些物理力学性能给切削加工带来了许多困难。

切削时钛合金变形系数小、刀尖应力大、切削温度高、化学活性高、粘结磨损及扩散磨损较突出、弹性恢复大、化学亲合性高等特点,因此在切削加工过程中容易产生粘刀、剥落、咬合等现象,刀具温度迅速升高,导致刀具磨损,甚至完全破坏。

正因为钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温等优点,从20世纪50年代开始,钛合金在航空航天领域中得到了迅速的发展。

钛合金是当代飞机和发动机的主要结构材料之一,可以减轻飞机的重量,提高结构效率。

在飞机用材中钛的比例,客机波音777为7%,运输机C-74为10.3%,战斗机F-4为8%。

但是由于钛合金价格高,耐磨性差等原因,限制了其使用领域。

近几十年以来,国内外针对航天航空应用所研究的钛合金等均取得了很大进步,许多合金也得到广泛应用。

本文针对航天航空产品中钛合金铣削加工技术进行论述,供同行们参考。

1. 钛合金简介钛是同素异构体,熔点为1 720℃,在低于882℃时呈密排六方晶格结构,称为α钛;在882℃以上呈体心立方品格结构,称为β钛。

利用钛的上述两种结构的不同特点,添加适当的合金元素,使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。

室温下,钛合金有三种基体组织,钛合金也就分为以下三类:(1)α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金,不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下,均是α相,组织稳定,耐磨性高于纯钛,抗氧化能力强。

在500~600℃的温度下,仍保持其强度和抗蠕变性能,但不能进行热处理强化,室温强度不高。

(2)β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金,未热处理即具有较高的强度,淬火、时效后合金得到进一步强化,室温强度可达1 372~1 666MPa;但热稳定性较差,不宜在高温下使用。

(3)α +β钛合金它是双相合金,具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能,能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化。

钛合金TC4铣削试验研究

钛合金TC4铣削试验研究

钛合金TC4铣削试验研究【摘要】:本文通过对TC4钛合金锻件进行单因素铣削实验,得出其切屑形态随着铣削深度a的增大将由紧密螺旋状逐渐变为松散状的结论。

通过铣削率模型,找到了在特定铣削速度和进给速度下,铣削钛合金的最佳深度范围,对于钛合金铣削加工具有生产指导意义。

【关键词】:钛合金;切屑形态;铣削深度;铣削体积;铣削时间;铣削率引言钛合金具有质量轻、强度高、高温性能好、耐腐蚀等许多优点.在航空航天、船舶和化工等工业部门得到广泛的应用[1]。

但由于钛合金导热系数低、摩擦因数大、弹性模量小、化学活性大、切屑与前刀面的接触面积小,使得钛合金切削加工性较差[2]。

目前TC4应用比较广泛,是以α相为主的双相合金,β相一般少于30%,其综合性能好,组织稳定,有良好的韧性、塑性和高温变形性能。

但是,在高速条件的切削力、切削温度以及刀具磨损机理等方面还有很多现象解释不清,对工件的表面质量的影响方面等问题,针对这些问题国内外学者做过很多研究。

Narutaki对钛合金TC4的切削力和切削温度进行研究得到:切削钛合金时刀具磨损并非切削力所致,而切削温度是致使钛合金难以继续切削的主要原因。

F. Klocke,N等人在分析和实验的基础上,对涂层硬质合金刀具铣削TC4的效率进行了评价,用有限元的方法对切削时的应力-应变曲线进行分析。

1试验材料及过程1.1.试验材料试验材料为TC4钛合金锻件,尺寸为290mm×192 mm×65mm,其化学成分见表1。

表1 TC4钛合金的化学成分%合金牌号成分抗拉强度σb/MPa伸长率δ/% 冲击韧性ak/104J·m-2 硬度HB 弹性模量E/106MPa 导热系/W·(m·K)-1TC4 TC4 903 10 39.24 320-360 0.111 5.441.2.试验条件与过程为研究铣削时钛合金的切屑形态与铣削深度的关系,并确定在特定铣削速度和进给速度条件下的最佳铣削深度范围,应用单因素试验方法,设计了采用25HSS的莫氏锥柄立铣刀在X5032立式升降台铣床上对试件连续铣出台阶面的实验。

TC4钛合金高速铣削加工切削参数及走刀路径优化

TC4钛合金高速铣削加工切削参数及走刀路径优化

TC4 钛合金高速铳削加工切削参数及走刀路径优化时TC4鬲速聽耦加工的切刖力以矗表面用筋度诜行研究,其最终冃的都是为了在穂定切削条件卜.寞现髙速铳刖加工切刑擄数的优4匕耀小切削力,从而械小加丁喪略提高加T.表面质址「进而提高TC4tt合金薄壁摧架宰件的住产效率,本章基于高速铳削加工试躺■提出了1C4检合金鼎速铳削如L切削掺数的选择原则’采用粒了腊法对齊逵铁削加工TC4fc**的切削参数进荷了优化•对高速帙削抑工过程中知何选择走刀方式进行探讨.利用ANSYS软件预测鞠瓏框架的受力变形”4J TC4钛合金崙逮抚削加工切削参数的选择4JJ 切削逑度的选择理论上切削連度提高到一定程鷹会使切削溫席降低*但是实验证明,切削TC4钛合金时.过高的刖削速度会导致门卅过热r刀刃粘辭*同HL匾度持喷升高会导致钛告金工件衷画尺开裂或氧化”甚至会随切削层度的増加而一直槌贏到怫.邸删.阖此.对T<4 覆舍金进订高遼铳创加工时・切削連度不宜过高.很据高進切削H1工实验结果*用丈切削菖度不宜超过4Wm/m:n u4J2 径向切探的述择为避免刀尖在礎化展内切削*减小丿〕具带拟’可以遴用较大的切滦阿匚但由于钛合金宸含为好.较大的切课容畠在加工过程中产生粘JT烧刀、斯刀现彖.園此,对TC4钱合金进和高速立铳加工时.卷向切深不宜过大.根据高速切削加工实验结舉,ft 大径向切探不胃超过昇具直铉的1/J.4JJ进^swaff在ttftJJtllT的切削宴繁中迓给量对刀具的那」用厦夥响较小. 锻悄况下,利用立觇刀加工诙合金时,鮒托进绘联迎定在0丄心耐历殖序内n进绘董太大・导致切削駁大『影响刀具寿侖.每转进给童最好不要小r(W5inm仏进给量太小*则会使刀刃在锁化层内切削•[同捋减中刀具的便用寿命.尤其是在高遽切削时*懂就的钛含金炖屑容易在禹温洁况F燃烧熔化脂凝结在已加工表面.爭响加工质虽。

根据高速讷削恻匸妾验第果,每转进© KHd s T' 0,1mm/r»嚴大不宜翅过O.Smm/r.4」川其他鑒数的设置钛含金表哪谨就怎釣(Mmm,切別TC4越合金的桁加工余JR不能小干O.lmniP否则刀刃会在硬化层上进行切削,邀成刀具严取厮损。

TC4钛合金

TC4钛合金

TC4钛合金TC4钛合金●TC4 钛合金热处理:TC4钛合金mpa,TC4材料固溶强化处理后,强度增加不大,也就到1100MPa,退火状态下强度一般在900MPa●TC4 热膨胀系数:TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点,在航空航天、石油化工、造船、汽车,医药等部门都得到成功的应用。

●TC4钛合金力学性能:抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5(g/cm3)工作温度-100~550(℃)●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5~6.8,钒(V)3.5~4.5[1][2][3][4]●TC4 热膨胀系数:TC4钛合金具有优良的耐蚀性、小的密度、高的比强度及较好的韧性和焊接性等一系列优点,在航空航天、石油化工、造船、汽车,医药等部门都得到成功的应用。

●TC4钛合金力学性能:抗拉强度σb/MPa≥895,规定残余伸长应力σr0.2/MPa≥825,伸长率δ5(%)≥10,断面收缩率ψ(%)≥25●TC4钛合金密度:4.5(g/cm3)工作温度-100~550(℃)●TC4钛合金化学成分:TC4含钛(Ti) 余量,铁(Fe)≤0.30,碳(C)≤0.10,氮(N)≤0.05,氢(H)≤0.015,氧(O)≤0.20,铝(Al)5.5~6.8,钒(V)3.5~4.5钛合金TC4高速铣削表面完整性的研究发表于: 2008-3-14 0:01:13来源:深圳宝玛作者:数控机床点击:载入中...次由于钛合金具有比强度高、热强度好、耐腐蚀、资源丰富等一系列优点,因此在航空、航天等工业部门中的应用越来越广泛,用于制作飞机和发动机中的主要构件。

TC4-DT钛合金切削加工参数研究

TC4-DT钛合金切削加工参数研究

TC4-DT钛合金切削加工参数研究
殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【期刊名称】《江苏建筑职业技术学院学报》
【年(卷),期】2024(24)1
【摘要】针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。

实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。

使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。

【总页数】6页(P59-63)
【作者】殷志碗;郝宇;陈伟伦;王东伟;苏楠
【作者单位】扬州工业职业技术学院智能制造学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG50
【相关文献】
1.粗加工切削参数对钛合金多工步加工过程的影响
2.基于钻削性能试验的3D打印钛合金加工切削参数研究
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5.钛合金材料切削加工参数优化和实验研究
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浅谈TC4钛合金的铣削加工

浅谈TC4钛合金的铣削加工

浅谈TC4钛合金的铣削加工作者:蔡红军谢敏婵赵勃来源:《数字化用户》2013年第20期【摘要】根据TC4钛合金的难切削加工性,从铣削加工时铣刀、铣削用量、铣削方式、切削液等的选取方面,介绍基本的铣削加工工艺和注意事项。

【关键词】TC4钛合金铣刀铣削用量氧化层一、引言Ti6Al4V(以下简称TC4)是目前用量最大的钛合金材料,其因具有密度小、强度高、比强度大、综合力学性能和工艺性能(热变形性、焊接性、耐蚀性)良好等一系列优点,而在航空航天、船舶、石化、医药卫生等领域得到广泛和成功应用。

随着相关工业的飞速发展,TC4钛合金的使用量与日俱增,其在机械加工行业的切削加工也日渐成熟。

钛合金铣削作为切削加工量中占比最大的加工方式,加之加工时易出现铣刀崩刃,耐用度底等问题,使得TC4的铣削加工受到普遍关注。

二、TC4钛合金的切削加工性TC4钛合金属于(α+β)型钛合金,是典型的难加工材料之一,其切削加工性仅为45钢的1/5~2/5,介于不锈钢和高温合金之间。

主要是因为:(一)TC4的导热率为铁的1/4、铝的1/16,比不锈钢和高温合金的导热率还要低,使得加工过程中产生的大量切削热大部分残留在刀具内,造成切削温度高,刀具迅速磨损。

(二)与45钢相比,TC4的切削力是其2/3~3/4,但切屑与前刀面的接触面积却只有其1/2~2/3,所以切削刃承受的应力是钢的1.3~1.5倍,刀尖或切削刃更容易磨损或损伤。

(三)相同条件下,TC4材料与刀具材料的摩擦系数大于碳钢,切屑沿前刀面流出的摩擦速度高,导致摩擦功大,摩擦界面温度高,刀具易磨损。

(四)高温时,钛合金能与空气中的氢、氧、氮起化学反应,形成硬化层,造成工件塑性降低,切屑与前刀面接触面积减小,加速刀具磨损。

(五)TC4的弹性模量约为钢的1/2,小弹性模量和大屈强比使切削加工时工件已加工面产生较大回弹和变形,刀具后角磨损,与零件摩擦加剧。

三、TC4钛合金的铣削加工(一)铣刀的选择铣削TC4钛合金用铣刀常选高性能高速钢和硬质合金两种材质。

钛合金切削加工研究现状及发展趋势

钛合金切削加工研究现状及发展趋势

I ndustry development行业发展钛合金切削加工研究现状及发展趋势杨 涛摘要:钛合金广泛应用于各个领域,提高其切削性能和降低加工成本,开发出性能更好的新型钛合金是目前钛合金加工的主要研究方向。

钛合金的三种基体组织分别为α合金、(α+β)合金和β合金,我国分别以TA、TC和TB表示,其中TC4钛合金最受青睐。

国内外学者对钛合金进行了大量研究工作,特别是对TC4钛合金进行了深入研究。

关键词:钛合金;切削加工;现状;发展趋势钛合金具有低密度、高韧性和强抗腐蚀性等优点,常被用于制造航空发动机关键零部件,如叶轮和叶片。

优异的物理特性提升了钛合金的服役性能,但同时也增加了加工难度,如刀具寿命短、加工表面质量不可控等问题,使得钛合金成为典型的难加工材料。

钛合金切削过程中产生锯齿形切屑,不仅导致切削力的周期性波动,而且影响加工零件的表面质量。

此外,由热塑性变形引起的表面残余应力对零件的疲劳寿命和服役性能也有显著影响。

因此,准确预测切屑形态和表面残余应力对刀具设计和工艺优化具有重要指导意义。

1 钛合金切削仿真技术研究现状通过建立高速切削三维有限元模型,对切屑的形成过程进行了仿真研究。

研究发现最大应力值出现在第Ⅰ变形区,最大切削温度出现在第Ⅱ变形区。

模型只考虑了模型底部的完全约束,并未考虑夹紧和夹具的定位对加工变形的影响。

另外,建立了变刚度三维仿真模型和热力耦合三维动态铣削模型,误差控制在0.0681mm和0.0255mm内,但为了减小计算量,两种模型均为简化模型。

还建立了高速铣削TC4钛合金的三维全热—力耦合有限元模型,对铣削温度进行了模拟分析结果表明,铣削热只影响被加工表面层的温度,刀具温度随铣削速度和径向切削深度的增加而升高且影响小于切削速度。

在基于TC4钛合金三维铣削有限元仿真模型的基础上,研究发现,切削参数对铣削力的影响程度为轴向切削深度>刀具速度>进给速度。

另外,通过建立斜切模型,对最小切削厚度进行了仿真计算,降低了由于切削厚度设置误差导致的最终仿真误差。

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数控 铣削需加工 外形 的圆弧R 4 2 . 5 、1 1 9 下端 面减
F e 的1 / 5 ,AI 的1 / 1 4 . 钛 合 金 的导 热 系数 更 低 ,一般
为钛 的5 0 %。
6 ) 弹 性模 量小 。钛 的弹 性模量 为 1 0 7 8 0 0 MP a ,
约为钢 的1 / 2 。
重 腔、1 4 0 右 端 面减重 腔及 密封 槽 、 外 形斜 筋及 减重
腔。 为 了使 加工基 准 与工艺基 准 、 设计 基准 统一 。 把 加工基 准设定在1 4 0 右 端面与 ̄ 7 7 圆柱的中心点上 。
综 上所 述 ,由于钛 合 金具 有 比重 小 、强 度 高 、 无磁 性 、耐腐 蚀 和高 温 的特 点 ,广 泛用 于船 舶 、航 空航 天 、精 密仪器 仪表 等领域 的核心零 件 。
力 大 ,容 易造 成崩 刃 。
4 )易 产 生 表 面 加 工 硬 化 。 由 于 钛 的 化 学 活
性 大 ,易 与 各 种 气体 杂质 产 生 强 烈 的化 学 反应 , 导 致 表 层 的硬 度 及脆 性 上 升 。在 高 温 时形 成氧 化 硬 层 ,造 成 表 层组 织 不 均 ,产 生 局 部 应 力 集 中 , 降 低 了零 件 的疲 劳 强 度 。切 削 过程 中严 重 损 伤 刀 具 ,产生 缺 口、崩 刃 、剥落 等现象 。 5 )黏 刀 现 象 严重 。切 削 时 ,切 屑 及 被切 表 面
2 )热稳 定 性好 ,高温 强 度高 。在 3 0 0 ℃ ̄ 5 0 0  ̄ C
以下 ,它 的强 度约 比铝 合金 高十 倍 。
囝 圈
精 密 电 机 外 壳 光 学 镜 筒
3 )抗 蚀性 好 。钛 合 金 在 潮 湿 大 气 和 海 水 介 质
中工 作 ,其 抗 蚀 性 能 远 优 于 不 锈 钢 ,对 点 蚀 、酸
务l
l I 3 似 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钛合金材料 的数 控铣削加工技术研究
Resear ch on t he t echnol ogy of t he nu m er i cal cont r ol pr oces si ng of t h e
m i l l i ng f or t he t i t ani um al l oy m at er i al s
差 ,钛合金 铣削加 工在我 国一直是个 难题 。本文根据作 者多年 的一线加 工经验 ,以光学镜筒
的 铣削加 工为例 ,通过对钛 合金加 工难点分 析 ,刀具 、冷却液 的选择 ,不 同加工策 略的 比较 等几方 面对钛合 金铣削加工进行阐述 ,为钛合金材料零件 的加 工提 供一种方 案。 关键词 :钛合金 ;铣 削加 工 ;刀心轨迹偏移 ;钻削式去除材料法 中 图分类号 :T G6 5 9 文献标识码 :A 文章编号 :1 0 0 9 -0 1 3 4 ( 2 0 1 3 ) I 1 ( 下) - 0 0 4 9 -0 4
蚀 、应 力 腐 蚀 的抵 抗 力 很 强 。对 碱 、氯 化 物 、硝 酸 、硫 酸等 有着 优越 的抗 腐 蚀能 力 。
4 )化 学 活 性 大 , 能 与 大 气 中 的 0、 N、 H、
■ ■
反 射 镜 精 镶 电机 定 子 壳
CO、 CO, 、 水 蒸 气 等 产 生 剧 烈 的 化 学 反 应 。在 6 0 0 o C以上 时 ,钛 吸 收 氧 ,形 成硬 度 很 高 的 硬 化
D o i :1 0 . 3 9 6 9 / J . i s s n . 1 0 0 9 -0 1 3 4 . 2 0 1 3 . 1 1 ( 下) . 1 5
1 钛合金零件 的性 能特点及其应用
1 )密 度 小 , 强 度 高 , 它 的 强 度 大 于 高 强 度
钢。
作 者简介:冯国 ( 1 9 8 0一),男,四川人 ,大专 ,中级铣 工,主要 从事数控铣削加工 中心编程与操作工作 。
第3 5 卷
第1 1 期
2 0 1 3 —1 1 ( 下) 【 4 9 】

匐 化
底 部 直径 大 于 2 4 mm,顶 部直 径 小于 1 0 mm,长 度
2 . 2 钛 合金 的切 削加 工难 点
1 )弹性 模 量 低 弹 性 变 形 大 。接 近 后 刀 面 处
2 应用举例
以 光 学 镜 筒 的机 械 加 工 为例 ,通 过 工 艺 难 点
工 件 表 面 回弹 量 大 ,所 以已 加 工 表 面 与 后 刀 面 的
接 触面 积大 ,刀具 磨损加 大 。

国 ,郑 鑫
F ENG GU O.ZHENG Xi n
( 中科院光 电技术研究所 精制 中心 ,成都 6 1 0 2 0 9 ) 摘 要 :钛合金 以其质量轻、强度高 、力学性 能和抗腐蚀性 能良好,广 泛应用于 空间技术 、海 洋技 术领 域 。但是 由于钛合 金变形 系数小 、切削温度 高、加工 硬化严重 ,造成钛合 金材料切 削加工性
层 。H含量 上升 ,也 会形 成 脆化 层 。 5 )导热 性 差 。钛 的导 热 系数 低 ,约Nj 的1 / 4 ,
图 1 钛 合 金 零 件
2 . 1 光 学镜 简零 件 介绍及 加 工 内容
该 零件材料采用T C 4 ,它是a - t - 1 3 钛合 金,为双相 合金 。零件是 受力件 ,内腔装光学透镜 ,所 以零件要 求有很高的精度,足够 的强度和一定的密封性 。
分 析 , 刀 具 、 冷 却 液 的 选 择 ,不 同加 工 策 略 的 比
较 等 几方 面对 钛合 金铣 削 加工 进行 阐述 。
收 稿日期:2 0 1 3 - 0 7 - 2 6
2 )导 热 系数 低 ,切 削温 度高 。刀 具 与 切 削 的 接 触 长 度 短 ,使 切 削 热 积 于 切 削 刃 附近 的小 面 积 内而不 易散 发 。
大于1 2 9 mm的 立铣 刀 。根 据前 面 对 钛 合金 的切 削 加 工特性 的分 析 ,是 完全加 工不 出的 。
主 视 图
图 2 某 零 件 构 造 图
3 )塑性 低 ,硬 度高 。使 剪切 角增 大 ,切 屑 与
前 刀面 接 触 长 度 很小 ,前 刀 面 单 位 面 积 上 的切 削
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