劉天鵬+趙娜

【摘 要】 鈦合金已成為機(jī)械工業(yè)最重要的工程材料之一.獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。由于其材料強(qiáng)度高?；瘜W(xué)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(jié)合鈦合金零件加工領(lǐng)域的技術(shù)資料和經(jīng)驗對鈦合金殼體零件加工中的鉗工工藝方法進(jìn)行了總結(jié)和研究。

【關(guān)鍵詞】 鈦合金 ?殼體零件 ?鉆孔 ?攻絲

鈦合金的突出優(yōu)點是重量輕、強(qiáng)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(shù)大、導(dǎo)熱性差、熱量不易散失，加工時容易使零件表面產(chǎn)生燒傷現(xiàn)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(jié)構(gòu)件。該零件是零組件安裝、定位基準(zhǔn)，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(qiáng)度與熱強(qiáng)度高，熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性好等優(yōu)點，可以顯著地減輕產(chǎn)品重量，提高推重比和結(jié)構(gòu)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(yīng)用。鈦合金性能特點主要表現(xiàn)在：

（1）導(dǎo)熱、導(dǎo)溫系數(shù)小，切削溫度高。鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)平均是工業(yè)純鈦的一半，導(dǎo)溫系數(shù)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(shù)小，單位面積上的切削力大。鈦合金的切削變形系數(shù)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(xué)活性大。鈦合金在300忙以上高溫下極易與刀具材料“親和”，產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)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(xué)、化學(xué)、物理性能間的綜合作用。由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)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(qū)形成高溫，加工后回彈大，故當(dāng)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(jìn)入工件后由于鈦合金的徑向彈性收緊及導(dǎo)熱性能差，使鉆頭受較大徑向及軸向力，普通鉆頭易出現(xiàn)加工困難、磨損加劇的現(xiàn)象。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。

在鈦合金材料上進(jìn)行內(nèi)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(dǎo)熱系數(shù)低，在攻絲加工過程中，切削溫度高、切屑有粘刀現(xiàn)象不易排除、切削液不易到達(dá)切削區(qū)等;加工表面容易產(chǎn)生應(yīng)力集中.并形成硬脆層，被加工螺紋表面質(zhì)質(zhì)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(zhuǎn)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(jìn)給而在孔中打轉(zhuǎn)，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(xiàn)之一，故鉆孔可使用比標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)絲錐結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jìn)入切削區(qū)，改善絲錐冷卻及潤滑性能等優(yōu)點。加工中證實：使用帶螺旋槽的機(jī)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(shè)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(jìn)給的協(xié)調(diào)誤差，并在攻絲前將底孔端部進(jìn)行倒角，加強(qiáng)絲錐進(jìn)入時的準(zhǔn)確性。攻絲時可選取較慢轉(zhuǎn)速，以保證切削平穩(wěn)。

（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(yīng)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(jī)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(yīng)使用氫氟酸和硫酸亞鐵溶液仔細(xì)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(fā)生鹽應(yīng)力腐蝕，使鈦合金工件斷裂。

5 結(jié)語

經(jīng)過自己在實際生產(chǎn)中的研究，總結(jié)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(shù)，用我們總結(jié)出的工藝方法來指導(dǎo)生產(chǎn)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(yīng)用。

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