鈦合金材料重量輕，密度是4.4 kg八3，比強(qiáng)度高，是航空航天等領(lǐng)域的重要金屬材料。但其加工性能較差，特別是鉆孔和攻絲的效率很低，在很大程度上制約著產(chǎn)品中鈦合金零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這里分析了鈦合金材料及其切削特性在鉆孔和攻絲中表現(xiàn)出來的具體特點(diǎn)，特別對(duì)刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)和刀具幾何參數(shù)等進(jìn)行了反復(fù)研究和試驗(yàn)，并采取了相應(yīng)措施，較好地解決了鈦合金鉆削和攻絲加工過程中存在的難題。

　　1鈦合金性能特點(diǎn)和加工特性分析

　　1. 1鈦合金性能特點(diǎn)

　　鈦合金即在工業(yè)純鈦中加入合金元素，以提高鈦的強(qiáng)度。鈦合金可分為三種:峽太合金，隘合金和二+隘合金。c1+隘合金，如TC4(Ti一6A1一4V)，此種鈦合金由咖卿相組成，這類合金組織穩(wěn)定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，能進(jìn)行淬火和時(shí)效處理使合金強(qiáng)化，是航空業(yè)重要的原材料。鈦合金的性能特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在:

　　a)比強(qiáng)度高。鈦合金密度小(4.4 kg/m3)，重量輕，其比強(qiáng)度卻大于超高強(qiáng)度鋼。

　　b)熱強(qiáng)性高。鈦合金熱穩(wěn)定性好，在300℃一500℃條件下，其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍。

　　c]化學(xué)活性大。鈦的化學(xué)活性大，與空氣中的0, N, CO,水蒸氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，在鈦合金表面易形成TiC及TiN硬化層。

　　d)導(dǎo)熱性差。鈦合金導(dǎo)熱性差，鈦合金TC4在20℃時(shí)的熱導(dǎo)率X=16.8 W/m?℃，導(dǎo)熱系數(shù)是0.036 cal/(cm?:?℃)。

　　1. 2鈦合金加工特性分析

　　由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，僅是鋼的114,鋁的1113,銅的1125,因而散熱慢，不利于熱平衡，特別是在鉆孔和攻絲加工過程中，散熱和冷卻效果很差，在切削區(qū)形成高溫，加工后回彈大，造成鉆頭和絲錐扭矩增大，刃口磨損快，耐用度降低。同時(shí)，由于鈦合金變形系數(shù)小于或接近于1，這是鈦合金加工時(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。因此，切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程加大，加速刀具磨損。此外，鈦合金化學(xué)活性高，在高溫高壓下加工，與刀具材料起反應(yīng)，形成溶敷，擴(kuò)散而成合金，造成粘刀具，切屑不易排除，往往產(chǎn)生鉆頭被咬住、扭斷鉆頭等現(xiàn)象。

　　2鈦合金的鉆削加工

　　通過對(duì)鈦合金加工特性的分析，了解了影響鈦合金鉆削加工的因素，即在加工過程中及易出現(xiàn)燒刀、斷鉆、刀具磨損快等間題。因此，著重對(duì)鉆頭材料、鉆頭幾何參數(shù)、鉆削用量以及冷卻液等進(jìn)行了研究，并較好地解決了這一間題。

　　2.1鉆頭材料

　　鉆頭材料應(yīng)滿足以下要求:

　　a)足夠的硬度。鉆頭和絲錐的硬度必須大于鈦合金的硬度。

　　b)足夠的強(qiáng)度和韌性。由于鉆頭和絲錐在加工鈦合金時(shí)承受很大的扭轉(zhuǎn)力和切削力。因此，必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。

　　C)足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好，加工時(shí)切削刃要鋒利，因此刀具材料必須有足夠的抵抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化。

　　d)刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學(xué)活性高，因此要求刀具材料和鈦合金親合能力要差，以免形成溶敷，擴(kuò)散而成合金，造成粘刀、斷鉆等現(xiàn)象。

　　綜上所述，經(jīng)過對(duì)常用的刃具材料W18C二4V,硬質(zhì)合金(YG8)、W6Mo5C二4V3Al, W12C二4V4Mo和W2Mo9C二4VCo8等制造的鉆頭和絲錐進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明由材料W2Mo9Cr4VCo8制造的鉆頭和絲錐加工鈦合金時(shí)刃口鋒利、磨損小，效率有了顯著的提高，是比較理想的刃具材料。

　　W2Mo9Cr4VCo8屬于高速鋼的一種，用該材料制造的鉆頭和絲錐之所以適合加工鈦合金，與該材料的化學(xué)成分有關(guān)(材料化學(xué)成分見表幼。該材料含有7. 5%-8. 5%的金屬元素鉆。鉆的主要作用是能加強(qiáng)二次硬化的效果，提高紅硬性和熱處理后的硬度，同時(shí)，具有良好的散熱性。因此，含鉆高速鋼具有高的切削加工件能。

　　2. 2改變鉆頭幾何參數(shù)

　　鈦合金的加工特性決定標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭鉆削加工鈦合金時(shí)存在許多間題，主要表現(xiàn):

　　a)鉆頭頂角2T小，切削刃長(zhǎng)，切下的切屑寬，因而鉆頭扭矩大，軸向抗力也大。同時(shí)，切屑卷曲成螺旋狀程度大，切屑所占的空間也大，排屑不順暢，影響冷卻。

　　b)鉆頭鉆心厚度劍，由于鉆削加工鈦合金時(shí)鉆頭承受很大扭矩和軸向抗力。鉆心厚度小，則鉆頭強(qiáng)度低，鉆頭易折斷。鉆頭螺旋角叼、C)螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角大，則刃口鋒利，切削輕快，否則會(huì)造成加工硬化。

　　d)鉆頭外緣處后角of小，影響鉆心處切削刃的前角。

　　2. 2. 1增大鉆頭頂角2T

　　a)鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當(dāng)鉆頭直徑和進(jìn)給量一定時(shí)，增大頂角2甲，則切削寬度變窄，單位切削刃上的負(fù)荷減輕。同時(shí)，鉆頭外圓處的刀尖角減小，減小了刀尖角的磨損速度，同時(shí)有利于散熱，耐用度也得到提高。

　　b)頂角對(duì)前角有很大影響。當(dāng)頂角等于900時(shí)，主截面為軸向截面，其前角就是某點(diǎn)所處的螺旋角。因此，增大頂角2T有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。頂角大，切屑卷曲成螺旋的程度減小，且比較平直，容易排除，即提高了排屑性能。

　　通過分析試驗(yàn)，在加工鈦合金時(shí)，采取增大鉆頭頂角2T，2T范圍是1350一1400，結(jié)果表明鉆削效果良好。

　　2. 2. 2選擇合適的鉆頭螺旋角

　　a)鉆頭螺旋角障接影響主切削刃前角的增加和減小。確增加，前角也增加，切削輕快，易于排屑，扭矩和軸向力也小。式中，D為鉆頭直徑:P為螺旋槽導(dǎo)程。

　　b)由上式看出，切削刃上各點(diǎn)確是變化的。靠近外圓處確最大，前角也最大，切削刃鋒利，切削性能好。而靠近鉆心處確最小，切削性能較差，將通過此處磨成圓弧狀，以改善切削條件。

　　隨確增加，切削刃強(qiáng)度減弱，磨損快，甚至?xí)l(fā)生切削刃燒毀等現(xiàn)象。因此合理選擇確，以適合鈦合金鉆削加工。

　　通過分析試驗(yàn)，增大后鉆頭的螺旋角

　　2. 2. 3增大鉆心厚度

　　由于在鉆削加工鈦合金時(shí)鉆頭承受很大扭矩和徑向抗力，特別是小直徑鉆頭，容易折斷，因此增大鉆心厚度，以提高鉆頭強(qiáng)度。鉆心厚度一般為:式中，D為鉆頭直徑。

　　2. 2.4增大鉆頭外緣處后角

　　鉆頭切削刃各點(diǎn)上的后角是不等的，愈接近中心，其后角愈大，因此，鉆頭后角的標(biāo)注和要求，都以鉆頭外緣處為準(zhǔn)。

　　由于切削表面為螺旋面，切削刃上任一點(diǎn)的切削速度的方向?yàn)槁菪€，由展開圖5可以看出，實(shí)際后角A小了一個(gè)確。其大小由下式計(jì)算:Sgo二fhrD式中，f為鉆頭走刀量:D為鉆頭在該點(diǎn)的直徑。

　　由上式看出，走刀量增加，切削刃上的點(diǎn)愈接近中心，甲角愈大，鉆頭實(shí)際后角愈小。這就要求有不等的后角v，由此向鉆心逐漸增加。為了適合鈦合金加工，總結(jié)出的后角of見表3,增大鉆頭外緣處后角可以使橫刃鋒利改善切削性能。特別是對(duì)鉆心處的鉆削加工有明顯改善2. 2. 5鉆頭加工成倒錐x鉆頭加工成倒錐減小棱帶同孔壁摩擦，使鉆頭切削時(shí)扭矩減小.倒錐角度見表4,經(jīng)過分析試驗(yàn)按照上述幾何參數(shù)加工的鉆頭鉆削加工鈦合金時(shí)效果良好，效率可提高40$左右2. 3鉆削用量鈦合金的性能特點(diǎn)要求鉆削加工鈦合金時(shí)轉(zhuǎn)諫要低，進(jìn)給量要適中。表5是鉆削加工鈦合金的鉆削用a效果:我單位在鈦合金上鉆削(4. 2，(D5，(D8，012，(D23孔，一次鉆出效率比標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭有顯著提高。例如:鉆孔直徑(4. 2,深18。，鉆一個(gè)孔約需4二約鉆25飛。個(gè)孔，刃磨一次;鉆孔直徑CD5,深18。，鉆一個(gè)孔約需4二約鉆25飛。個(gè)孔，刃磨一次;鉆孔直徑(D8,深20。，鉆一個(gè)孔約需8二約鉆1822個(gè)孔，刃磨一次;鉆孔直徑中12,深20。，鉆一個(gè)孔約需抖二約鉆15飽。個(gè)孔，刃磨一次:鉆孔直徑(D23,深24。，鉆一個(gè)孔約需24二約鉆1015個(gè)孔，刃磨一次。

　　2.4  fi3}rR

　　鉆削和攻絲加工鈦合金時(shí)最好不用含氫的冷卻液，避免產(chǎn)生有毒物質(zhì)和引起氫脆。鉆削淺孔時(shí)，可用電解切削液，其成分是:葵二酸Y%}10%,三乙醇胺Y%}10%,甘油Y%}10%,硼酸Y%}10%,亞硝酸鈉3%}5%%，剩余為水。

　　鉆削深孔時(shí)，用N32機(jī)械油加煤油，西己比是3:1. 5,也可用硫化切削液。

　　3鈦合金的攻絲加工

　　鈦合金攻絲加工，特別是小孔攻絲加工是很困難的。其主要原因是由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，在攻絲加工過程中，切削區(qū)形成高溫，造成鈦合金熱膨脹，另外，鈦合金加工后回彈大，孔壁擠壓絲錐，甚至將牙型面包住，絲錐不能轉(zhuǎn)動(dòng)，否則將絲錐折斷。

　　經(jīng)過大量分析試驗(yàn)，最后主要通過改進(jìn)絲錐結(jié)構(gòu)形式和選擇適合鈦合金刀具材料解決了這一難題。

　　3. 1絲錐材料

　　絲錐材料同鉆頭材料。

　　3. 2絲錐結(jié)構(gòu)形式

　　標(biāo)準(zhǔn)絲錐一次切削成形，切削量大，扭矩也大，孔壁熱膨脹和回彈后，絲錐轉(zhuǎn)動(dòng)困難。為了解決這一間題，改進(jìn)了絲錐的結(jié)構(gòu)形式，將標(biāo)準(zhǔn)絲錐的一次切削加工，分為工、II, II工三錐切削，同時(shí)，將絲錐加工成跳齒型，很好地解決了斷屑間題，切削輕快，效果非常好，效率大大提高，冷卻效果也得到了改善。

　　M5跳齒絲錐的結(jié)構(gòu)形式，見圖6,跳齒絲錐的幾何參數(shù)，見表6,絲錐的技術(shù)條件:a)切削部分的硬度HRC62一64,其余HRC32一42; b)刀齒寬度的2兒沿螺紋齒形鏟螺紋底孔設(shè)計(jì)根據(jù)鈦合金的特性加工螺紋底孔時(shí)孔徑公差可放大一些。螺紋公差帶位置和精度等級(jí)確定后，在成歇滿足內(nèi)螺紋小徑D1公差等級(jí)的清況下，適當(dāng)加大螺紋底孔直徑，冷卻后螺紋底孔的收縮量，能夠抵消這一部分的加大量，加工后的螺紋滿足設(shè)計(jì)精度要求。由于不同牌號(hào)的鈦合金、不同的鍛造熱處理方法、不同的結(jié)構(gòu)形式等廈因，螺紋底子L加大的量也不同，根據(jù)具體.嗜況進(jìn)行試加工來確定。

　　3.4冷卻液

　　鈦合金玫絲時(shí)使用的冷卻液與鉆削加工時(shí)使用的冷卻液相同。

　　4結(jié)束語(yǔ)

　　通過對(duì)鈦合金的特性分析，重點(diǎn)解決了鈦合金鉆削和攻絲加工過程中存在的難題，并取得良好效果，得出如下結(jié)論:

　　[1)W2Mo9C二4Vo8材料的鉆頭和絲錐適合鈦合金加工;[2)改進(jìn)鉆頭幾何參數(shù)，可使鈦合金零件的加工效率有顯著的提高;[3)改進(jìn)絲錐結(jié)構(gòu)形式，可使鈦合金零件的加工效果得到明顯的改善;[4)配制適合鈦合金加工的冷卻液，可延長(zhǎng)切削刀具的壽命。