最火钛合金深孔钻削的工艺分析及研究锁紧螺丝风速绘图仪壁炉鞋套机OrE

1、钛合金性能特点和加工特性分析

（1）钛合金性能特点

钛合金即在工业纯钛中加入合金元素，以提高钛的强度。钛合金可分为三种：α钛合金，β钛合金和α+β钛合金。α+β钛合金，如TC4(Ti一6A1一4V)，此种钛合金由α和β双相组成，这类合金组织稳定，淄博高温变形性能、韧性、塑性较好，能进行淬火和时效处理使合金强化，是航空业重冰箱要的原材料。钛合金的性能特点，主要表现在：

a)比强度高。钛合金密度小(4.5kg／m³)，重量轻，其比强度却大于超高强度钢。

b)热强性高。钛合金热稳定性好，在300℃～500℃条性下，其强度约为铝合金的3～4倍。

C)耐蚀性好。钛合金表而能生成致密的氧化膜，耐蚀性能比不锈钢好。

d)化学活性大。钛的化学活性大，与空气中的0、N、H、C0、二氧化碳、水蒸气等产生强烈的化学反应，在钛合金表而易形成TiC及TiN硬化层，使得脆性加大，塑性下降。

e)导热性能差、弹性模量小。钛合金导热性仅为钢的1／4、铝的1／14。

（2）钛合金加工特性分析

钛合金难加工的原因在于钛合金本身的力学、化学、物理性能间的综合。由于钛合金导热系数低，仅是钢的1／4、铝的1／14、铜的1／25，因而散热慢，不利于热甲衡，特别是在钻削加工过程中，散热和冷却效果很差，在切削区形成高温，加工后叫弹大，造成钻头扭矩增大，刃口磨损快，耐用度降低。同时，由于钛合金变形系数小于或接近于l，这是钛合金加工时的一个显著特点。因此，切屑在前刀而上滑动摩擦的路程加大，加速刀具磨损。此外，钛合金化学活性高，在高温高压下加工，与刀具材料起反应，形成溶敷，扩散而成合金，造成粘刀具，切屑不易排除，往往产生钻头被咬住、扭断钻头等现象。

2、钛合金的深孔钻削加工

通过对钛合金加工特性的分析，了解了影响钛合金钻削加工的因素，即在加工过程中极易出现烧刀、断钻、刀具磨损快、工性加工硬化等问题，而钛合金深孔钻削更易山现上述诸多问题。

（1）钻头的选用

钻头材料应满足以下要求：

a)足够的硬度。钻头的硬度必须大于钛合金的硬度。

b)足够的强度和韧性。由于钻头在加工钛合金时承受很大的扭转力和切削力。因此，必须有足够的强度和韧性。

C)足够的耐磨性。由于钛合金韧性好，加工时切削刃要锋利，因此刀具材料必须宵足够的抵抗磨损能力，这样才能减少加工硬化。

d)刀具材料与钛合金亲合能力要差。由于钛合金化学活性高，因此要求刀具材料和钛合金亲合能力要差，以免形成溶敷，扩散而成合金，造

成粘刀、断钻等现象。

制造钛合金钻头常用的刃具材料有超硬高速钢W6Mo5Cr4V3A1、W10Mo4Cr4V3A1和W6Mo5Cr4VSS iNbA1、超细晶粒硬质合金和铜结硬质合金YS2、YM051、YM052、YM053等，经过对不同材料的钻头进行试验分析，结果表明由材料超细品粒硬质合金制造的钻头加工钛合金时刃口锋利、磨损小，效率有了显著的提高，是比较理想的刃具材料。

（2）超细晶粒硬质合金整体钻头的特点

超细品粒硬质合金整体钻头采用超细晶粒颗粒硬质合金材料制造，专门设计的几何刃型使钻头具有自定心功能，在钻削工性时具除对控制方式有特定的要求备良好的切屑控制及排屑性能。

①切削刃和槽形

由于钻削加工钛合金时钻头承受很大扭矩轴向抗力。钻心厚度小，则钻头强度低，钻头易折断。超细品粒硬质合金钻头具有突破性的外形

设计，新的“波浪形切削刃”形状和“不易淤塞的排屑槽”结构使得该产品在切削普通钢材或者坚韧材料的时候均有优异的表现。钻削材料：45#铜止火，钻头直径φ12mm，钻孔深60mm， 切削速度120m／min，每转进给量0.25mm／rev，切削液采用水溶性乳化液内冷却。从记录数据可以看出，机床切削动力一直保持在5kW左右，波浪形的切削刃能有效地保持刃口的锋利性，减少能量损耗；而靠近中心的凸形弧则

能提高钻头尖顶部位的刚性。槽外侧的小圆弧在切削时，能使切屑在小范围内形成曲卷，并折断成小块，而位于中央的大圆弧则有助于切屑顺利排出。这两者的结合，大大提高了刀具本身的排屑能力。

②全新的钻尖设计

钻头顶部端刃采用全新的向心性形状设计，因顶端上的小顶角与X型横刃有着自动定心性功能及互补修磨效果，故具有极高的定心度，有助于降低径向的摆动及材质的高抗磨性，所以能更加有效地保证加工的精确度。

（3）被加工工性特点

在研制医用留体针数控钻床时充分考虑钛合金加工的特点，一次钻出率比标准麻花钻头有了显著的提高。根据外科植入物用钛及钛合金加工材的标准《外科植入物一金属材料一纯钛材加工》和《外科植入物一金属材料一Ti一6A1—4V合金加工材》的要求采用医用TC4合金，其中φ0.6和φ1.2孔采用钻削加工而成，通孔φ0.6的孔径比接近30倍，属于深孔钻削，而且孔径小，切削区冷却困难，切削带来的高温极易造成工性的加工硬化，钻头耐用度差，加工难度极大。

（4）钻削用量

钛合金的性能特点要求钻削加工钛合金时转速要低，进给量要适中。

（5）冷却及供液方式

由于钛的化学活性大，极易与0、N、H、C0、C02、拉力试验机应该选高配还是普配水等产生强烈的化学反应，在钛合金表而易形成TiC及TiN硬化层，使得脆性加大，塑性下降，我们在机床上采用了气雾内冷却和润滑方式，供给气源用氩气，气源工作压力1MPa，切削液采用机械油加极压添加剂为切削液，经空气油雾器雾化后通过主轴和刀具中的孔道直接将冷却气雾送至切削区域，进行冷却和润滑，在高压保护气体和切削液的共同作用下，切屑极易排出钻头，获得了最佳冷却润滑效果。

3、结束语

通过对钛合金的特性分析，重点解决了钛合金钻削加工过程中存在的电压动摇太大难题，并取得良好效果，得出如下结论：

(1)超细晶粒硬质合金材料的钻头适合钛合金石板材加工；

(2)改进钻头几和参数，可使钛合金零性的加工效率有显著的提高；

(3)配制适合钛合金加工的冷却液，进行有效的冷却，可延长切削刀具的寿命，提高加工效率依照EN10319进行应力松弛实验。