鈦合金深孔鉆削位置度的工藝研究

高曉飛

【摘 要】某鈦合金零件，厚度為60mm，需在零件上鉆三處直徑為Ф4的通孔，是典型的深孔加工。此類鈦合金零件需加工的深孔尺寸小，精度高，孔位置度和與底面垂直度要求高，加工中，常常出現(xiàn)刀具破損嚴(yán)重，切屑不易排除，鉆頭被咬住，扭斷等現(xiàn)象，造成孔中心偏斜，孔邊距超差，因此該鈦合金零件的孔邊距超差是目前存在的主要問題，本文對鈦合金深孔鉆削位置度的工藝研究進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】鈦合金 深孔 加工工藝

1 現(xiàn)狀調(diào)查

某批該鈦合金零件，對其中不合格的產(chǎn)品30件進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)查，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理：空位置度超差：53.3%；空垂直度超差：83.3%；孔徑超差：93.3%；粗糙度超差：97.3%。從以上可以看出30件不合格品中，由于孔邊距不合格的零件數(shù)為25件，其不合格率占總不合格率的83.3%，因此該鈦合金零件的孔邊距超差是目前存在的主要問題。從零件成品檢查不合格列表中可以看出，不合格情況主要表現(xiàn)在：孔的位置度和垂直度超差，導(dǎo)致孔中心偏斜，孔邊距超差。

2 原因分析

通過對影響零件孔邊距不合格的原因進(jìn)行分析，得出影響鈦合金零件孔邊距不合格的末端原因五條，分別為：

2.1 刀具材料

鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低（僅是鋼的1/4，鋁的1/4，銅的1/25），散熱慢，冷卻效果差，尤其鉆削時(shí)，在切削區(qū)形成高溫，造成鉆頭刃口磨損快；又因鈦合金化學(xué)活性高，在高溫高壓下加工，與刀具材料起反應(yīng)，造成粘刀具現(xiàn)象。選擇刀具材料時(shí)，考慮刀具材料的導(dǎo)熱性能。還要求刀具材料韌性要好，σbb>150kg/ mm2，所使用的高速鋼材料的鉆頭無法滿足此要求，被加工零件表面粗糙度高，形位公差大。

2.2 二刀具幾何參數(shù)

鈦合金彈性模量小，是45鋼的1/2，30CrMnSi的56% 。加工變形大，刀具的前后角選擇決定加工面和刀面的摩擦，和加工面的表面質(zhì)量。鉆削時(shí)鈦合金時(shí)，鉆頭承受很大的扭矩和軸向抗力。鉆頭易折斷。

2.3 切削用量

粗加工目的是去除大的余量，切削速度不高；精加工的目的是保證尺寸精度和表面質(zhì)量，采用高的切削速度。進(jìn)給量與工件變形區(qū)中的變形量直接有關(guān)。當(dāng)進(jìn)給量較小時(shí)，變形量也較小，變形滲透不到被加工件的內(nèi)部，加劇零件變形的不均勻性。

2.4 冷卻液成分

合成水溶性切削液泡沫少，具有良好的過濾性、清潔度和散熱性，而可溶性切削油具有更好的潤滑性，符合工藝要求。

2.5 拼裝鉆模

拼裝鉆模由各元件組合固定而成，受力大時(shí)，定位元件發(fā)生微小位移，影響孔距從而使孔邊距超差。

3 對策實(shí)施

3.1 實(shí)施一、選擇合適的硬質(zhì)合金鉆頭

足夠的硬度：鉆頭的硬度必須大于鈦合金的硬度。足夠的強(qiáng)度和韌性：承受很大的扭轉(zhuǎn)力和切削力。足夠的耐磨性：抵抗磨損能力，減少加工硬化。鉆頭材料與鈦合金親合能力差，防止形成溶敷，擴(kuò)散成合金，造成粘刀、鉆頭折斷現(xiàn)象。制造鈦合金鉆頭常用的刃具材料有超硬高速鋼W6Mo5Cr4V3Al、W10Mo4Cr4V3Al和W6Mo5Cr4VSSiNbAl、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金YS2、YG、YM等。經(jīng)過對不同材料的鉆頭進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明由材料超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金制造的鉆頭加工孔時(shí)，刃口鋒利，磨損小，效率有了明顯提高，是比較理想的刃具材料。優(yōu)選YG類硬質(zhì)合金。

3.2 實(shí)施二、選擇合適的刀具參數(shù)

選擇大的刀具后角，減少加工表面與后刀面間的摩擦。前角也要選擇大，刀具鋒利，減小加工變形，降低加工硬化，提高已加工表面質(zhì)量。專門設(shè)計(jì)的幾何刃型使鉆頭具有自定心功能，在鉆削零件時(shí)具備良好的切屑控制及排屑性能。波浪形切削刃能有效的保持刃口的鋒利性，減少能量損耗；而靠近中心的凸形弧則能提高鉆頭尖頂部位的剛性。槽外側(cè)的小圓弧在切削時(shí)，能使切屑在小范圍內(nèi)形成卷曲，并折斷成小塊，而位于中央的大圓弧則有助于切屑順利排出。

3.3 選擇合適的切削用量

鈦合金的性能特點(diǎn)要求鉆削時(shí)轉(zhuǎn)速要低，進(jìn)給量要適中，切削用量。鉆頭直徑0.5～0.7mm，切削速度5～15m/min，主軸轉(zhuǎn)速5000 r/min，每齒進(jìn)給量0.004～0.008 nm/r；鉆頭直徑1.0～3.0mm，切削速度5～15m/min，主軸轉(zhuǎn)速1600 r/min，每齒進(jìn)給量0.01～0.05nm/r；鉆頭直徑3.2～5.0mm，切削速度5～15m/min，主軸轉(zhuǎn)速1200 r/min，每齒進(jìn)給量0.07～0.1nm/r。

4 設(shè)計(jì)專用鉆模

專用鉆模剛性好，避免組合夾具元件凹槽中堆積積屑現(xiàn)象，易清理，降低定位誤差。

根據(jù)提出的解決方案并實(shí)施，解決了加工中遇到的實(shí)際問題，為此類鈦合金鎖殼零件建立了標(biāo)準(zhǔn)化加工方案。（見下圖1-圖2）

圖1 圖2

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳曉丹.鈦合金可轉(zhuǎn)位內(nèi)排屑深孔鉆工藝系統(tǒng)分析[J].機(jī)械工程師，2000（6）.

[2] 周利華，蘇桂生.鈦合金的超高速切削加工技術(shù)研究[J].考試周刊，2011（54）.