鈦合金零件鉗工鉆孔、攻絲工藝研究

劉天鵬+趙娜

【摘 要】 鈦合金已成為機械工業最重要的工程材料之一.獲得了越來越廣泛的應用。由于其材料強度高。化學活性大，彈性模量較低等原因，造成鈦合金切削性能比較差，是一種典型的難加工材料。結合鈦合金零件加工領域的技術資料和經驗對鈦合金殼體零件加工中的鉗工工藝方法進行了總結和研究。

【關鍵詞】 鈦合金 ?殼體零件 ?鉆孔 ?攻絲

鈦合金的突出優點是重量輕、強度高、耐熱性較好和抗腐蝕性極好;但同時它又是難加工材料，該材料的摩擦系數大、導熱性差、熱量不易散失，加工時容易使零件表面產生燒傷現象，特別是在鉗工鉆孔、攻絲時由于零件的加工方式所限，加工難度更大。該文以殼體為例來說明鈦合金零件鉆孔、攻絲的問題。

1 鈦合金殼體零件的分析

殼體零件是某零組件中的一個重要結構件。該零件是零組件安裝、定位基準，同時它又是主要受力件。零件存在較多鉆孔加工和攻絲要求，加工精度高，材料為鈦合金。

2 鈦合金的物理性能特點

鈦合金具有比重小，比強度與熱強度高，熱穩定性和抗腐蝕性好等優點，可以顯著地減輕產品重量，提高推重比和結構的抗熱能力和可靠性.所以在航空、航天、石油、化工、造船等部門得到廣泛應用。鈦合金性能特點主要表現在：

（1）導熱、導溫系數小，切削溫度高。鈦合金的導熱系數平均是工業純鈦的一半，導溫系數分別為鐵和鋁的l，4和1/16，因此在相同的切削條件下，鈦合金的切削溫度比45鋼高l倍以上。（2）切削變形系數小，單位面積上的切削力大。鈦合金的切削變形系數小于1或接近l，鈦合金切屑被主切削刃切離后，立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面接觸減少，刀具單位面積上所承受的壓力要比—般鋼材大得多。（3）化學活性大。鈦合金在300忙以上高溫下極易與刀具材料“親和”，產生嚴重的粘刀現象。

3 殼體零件鉆孔、攻絲的工藝分析

鈦合金難加工的原因在于鈦合金本身的力學、化學、物理性能間的綜合作用。由于鈦合金導熱系數低，因而散熱慢，不利于熱平衡，特別是在鉆削加工過程中，散熱和冷卻效果很差，在切削區形成高溫，加工后回彈大，故當鉆頭刀尖接觸工件時，刀尖與工件接觸面積增大，使刀尖受軸向力增大，刀尖易造成磨損及破損。鉆頭進入工件后由于鈦合金的徑向彈性收緊及導熱性能差，使鉆頭受較大徑向及軸向力，普通鉆頭易出現加工困難、磨損加劇的現象。鈦合金化學活性高，在高溫高壓下加工，與刀具材料起反應，形成溶敷、擴散而成合金，造成粘刀具，切屑不易排除，往往產生鉆頭被咬住、扭斷鉆頭等現象。

在鈦合金材料上進行內螺紋攻絲.是鈦合金切削加工中最困難的工序，尤其對于小孔螺紋的加工更加困難.而且離不開絲錐攻制。其主要原因是由于鈦合金導熱系數低，在攻絲加工過程中，切削溫度高、切屑有粘刀現象不易排除、切削液不易到達切削區等;加工表面容易產生應力集中.并形成硬脆層，被加工螺紋表面質質量較差。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，絲錐不能轉動，絲錐容易折斷。

4 零件鉆孔、攻絲的加工方案

鉆孔時選取專用鈦合金加工的高速鋼鉆頭，通過增厚鉆芯和盡量減小其長度的方法提高剛性。加工時鉆頭鉆入1—1.5mm后即退刀，再鉆后再退刀，以改善散熱、潤滑條件及減小彈性力。不允許鉆頭不進給而在孔中打轉，以免引起加工硬化。實際加工中測得孔徑比鉆頭直徑小0.1mm左右，這是鈦合金材料特性的表現之一，故鉆孔可使用比標準直徑大0.1mm左右的鉆頭。鉆孔前需用中心鉆點孔。攻絲加工時可以通過一下兩點途徑改善加工效果。

（1）改進絲錐結構形式提高絲錐剛性，減少同被加工材料的接觸面積。方法是將錐芯增粗、減小切屑與前刀面的摩擦將絲錐前角選為8—10度、加工時加大絲錐后角、加寬容屑槽，減小刃辨寬度、使用跳牙絲錐等。另外，螺旋槽可以增加絲錐鋒利程度，減小切削力，避免絲錐折斷，提高加工質量;有利于排屑，使鈦屑可以沿螺旋槽排至工件外，避免絲錐卡死，改善加工條件;使冷卻液能夠較容易進入切削區，改善絲錐冷卻及潤滑性能等優點。加工中證實：使用帶螺旋槽的機攻絲錐在加工中心上攻M3以上的螺紋孔時可取得滿意效果。

（2）對螺紋底孔設計提出公差要求需對螺紋底孔直徑公差提出要求。在滿足螺紋精度要求的前提下，螺紋底孔盡量加工到螺紋小徑的上差，如有必要鉆后可鉸孔，以滿足公差要求。鈦合金材料鉆孔時需使用比底孔直徑大0.1mm左右的鉆頭，以抵消回彈量。同時需使用鋒利的鉆頭鉆底孔，減小螺紋底孔的表面硬化層。在加工中心上攻螺紋孔時，需使用浮動攻絲夾套，以抵消主軸與進給的協調誤差，并在攻絲前將底孔端部進行倒角，加強絲錐進入時的準確性。攻絲時可選取較慢轉速，以保證切削平穩。

（3）攻絲和鉆削加工時使用的冷卻液相同，不推薦使用含氯冷卻液。因為在切削過程中，切削液在高溫下分解釋放出氫氣，被鈦吸收后引起氫脆，同時，氯還可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開裂。鉆削淺孔時，可用電解切削液;鉆削深孔時，用N32機械油加煤油，配比是3：l.5，也可用硫化切削液。鈦合金加工的冷卻液配制適合，可延長切削刀具的壽命;禁止使用低熔點金屬及其合金（鉛或鋅基合金，銅、錫和鎘基合金）制作的工、夾具或臨時緊固件。與鈦合金接觸的工、夾具或其它裝置必須清潔無污垢。加工后的鈦合金表面不允許殘留鉛、鋅、銅、錫和鎘等低熔點金屬。如有殘留，應使用氫氟酸和硫酸亞鐵溶液仔細清洗。裝卸清洗過的鈦合金工件時，必須防止油脂及指紋污染，以免發生鹽應力腐蝕，使鈦合金工件斷裂。

5 結語

經過自己在實際生產中的研究，總結出了鈦合金類零件鉆孔和攻絲的加工方法。和比較合理的工藝參數，用我們總結出的工藝方法來指導生產是可行的。該工藝方法在以后的零件上也可以得到了廣泛的應用。

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