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，常常出現刀具破損嚴重，切屑不易排除，鉆頭被咬住，扭斷等現象，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行探討。

【關鍵詞】鈦合金 深孔 加工工藝

1 現狀調查

某批該鈦合金零件，對其中不合格的產品30件進行數據調查，并對數據進行分析整理：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在：孔的位置度和垂直度超差，導致孔中心偏斜，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

鈦合金導熱系數低（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，在切削區形成高溫，造成鉆頭刃口磨損快；又因鈦合金化學活性高，在高溫高壓下加工，與刀具材料起反應，造成粘刀具現象。選擇刀具材料時，考慮刀具材料的導熱性能。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

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，和加工面的表面質量。鉆削時鈦合金時，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量，采用高的切削速度。進給量與工件變形區中的變形量直接有關。當進給量較小時，變形量也較小，變形滲透不到被加工件的內部，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，定位元件發生微小位移，影響孔距從而使孔邊距超差。

3 對策實施

3.1 實施一、選擇合適的硬質合金鉆頭

足夠的硬度：鉆頭的硬度必須大于鈦合金的硬度。足夠的強度和韌性：承受很大的扭轉力和切削力。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，擴散成合金，造成粘刀、鉆頭折斷現象。制造鈦合金鉆頭常用的刃具材料有超硬高速鋼W6Mo5Cr4V3Al、W10Mo4Cr4V3Al和W6Mo5Cr4VSSiNbAl、超細晶粒硬質合金和鋼結硬質合金YS2、YG、YM等。經過對不同材料的鉆頭進行試驗分析，結果表明由材料超細晶粒硬質合金制造的鉆頭加工孔時，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。優選YG類硬質合金。

3.2 實施二、選擇合適的刀具參數

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，提高已加工表面質量。專門設計的幾何刃型使鉆頭具有自定心功能，在鉆削零件時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。槽外側的小圓弧在切削時，能使切屑在小范圍內形成卷曲，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

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

4 設計專用鉆模

專用鉆模剛性好，避免組合夾具元件凹槽中堆積積屑現象，易清理，降低定位誤差。

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

圖1 圖2

參考文獻：

[1] 吳曉丹.鈦合金可轉位內排屑深孔鉆工藝系統分析[J].機械工程師，2000（6）.

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