鑽削試驗鎳基（jī）合金、鈦合金廣（guǎng）泛（fàn）應用於航天、航空、石油、汽（qì）車、儀器等行業中。和普通鋼材相比, 鎳基合金、鈦合金具有一般材料所無法（fǎ）比擬的性能優點, 但也給（gěi）這些材料的加工帶來了困難。為此鎳基合金和鈦合金（jīn）工件的深孔加工技術成為工藝設（shè）計的（de）重要課題之一（yī）。

      1 鎳基（jī）合（hé）金和鈦合金的性能（néng）特性（xìng）

      1.1 鎳基（jī）合金性能特性

      由於鎳基合金的主要（yào）成分為鎳（niè）和（hé）鉻, 另外還添加有少量其它（tā）元素（sù）: 鉬、鉭、铌、鎢等, 值得注意的是, 鉭、铌、鎢等也是用來製造硬質合金( 或高速鋼) 刀具（jù）的主（zhǔ）要成分[2]。所以具有如下特點:( 1) 加工硬化傾向大。比如GH4169未強化處理的基體硬度約HRC37, 切削後表麵產（chǎn）生0.03mm 左右的硬化層, 硬度增加到HRC47 左右。加工硬（yìng）化現象對刀具壽命有很大影響, 通（tōng）常會產生嚴重的邊界磨損;( 2) 切削力大。未（wèi）強化處理的高溫合（hé）金單位切削力在4000N/mm2 以上（shàng）, 而普通合金鋼僅2500N/mm2;( 3) 材料導熱性差（chà）。切削高溫合金時產生的大量切削熱由刀具（jù）承受, 將導致切削（xuē）刃產生塑（sù）性變形、粘結與擴散磨損。

      1.2 鈦合金性能特性

      鈦合（hé）金密度小( γ=4.5×103kg/m3) , 強度高( "b=900~1100MPa), 其比（bǐ）強度大（dà）大超過高強度鋼[2]。熱強性高（gāo）, 熱穩定性好（hǎo）, 在（zài）300℃~500℃時強度約比鋁（lǚ）合金高10 倍。化學活性大, 在空氣中會與O2、N2、H2、CO、CO2 等產生強（qiáng）烈的化（huà）學（xué）反應, 會形（xíng）成TiC。較高溫度時, 與N2 作用（yòng）形成TiN 硬質表麵, 從而在零件表（biǎo）麵形成硬度很高的硬化層。導熱性差,其導熱係數極小, 約為45 鋼的1/5～1/7。彈性模（mó）量小, E=108GPa, 約為鋼的1/2。所以具有如下切削特點（diǎn）: ( 1) 彈性變形大;( 2) 切削溫度高。在相同條件下（xià）鈦合金的切削溫度高於45 鋼1 倍以上;( 3) 易形成表麵變質硬化層。

      2 深孔鑽（zuàn）削（xuē）的（de）設（shè）計特點

      2.1 鎳基合金鑽（zuàn）削設計

      ( 1) 深孔鑽削（xuē）係統選用BTA 係統,屬於內排屑（xiè）方式,結構簡單, 易操（cāo）作[3] ;( 2) 根據工件的孔徑, 選用單刃內排屑深孔鑽頭, 其結構如（rú）圖1 所示。其特點: 導向塊（kuài）和刀齒都焊接在刀體上, 鑽頭與鑽杆采用方牙螺紋連接, 連接強度較（jiào）高, 製造簡單。鑽頭的切削部分主要由內刃（rèn）、外刃、鑽尖、導向塊以（yǐ）及排屑孔組成, 刃形和切削過程（chéng）與槍鑽（zuàn）相似。外刃上采用階梯刃分屑。刃磨後, 單刃內排屑深孔鑽的（de）外刃前角γ0=0°, 內刃前角γ0t=15°, 以加強內刃強度, 外刃後角#0=10°, 內刃後角#0t=15°, 外緣副（fù）切削刃的副後角#0′=8°。外刃餘偏角$r1=15°, 內刃餘偏角的作用（yòng）主要（yào）使中（zhōng）心刀刃在（zài）孔底切出反錐麵, 起定心作（zuò）用, 將鑽心處切（qiē）屑進行尖（jiān）劈分（fèn）屑, 其值為$rt=20°。采（cǎi）用外斜形斷屑槽結構, 易於切屑折斷;( 3) 刀片材料選取（qǔ）高溫合金, 通（tōng）常選（xuǎn）取YG 類（lèi）和YD 類硬質（zhì）合金。本方案選擇YD類硬質合金, 切削齒和導向塊均選用YD15。YD 類硬質合（hé）金抗彎強度高, 能夠抗較大的切削力, 刀具耐用度（dù）好; ( 4) 深孔鑽削工（gōng）藝參數:工件轉速n=290r/min; 進給（gěi）量f=0.04～0.18mm/r, 切削液選（xuǎn）用20 號（hào）機油。鑽削過程中, 斷屑良好, 排屑（xiè）順暢, 切削輕快, 一次鑽通, 表麵（miàn）粗糙度Ra6.4!m, 直線（xiàn）度誤差小於0.1mm/全長。刀具磨損量小耐用度（dù）高。

      2.2 鈦合金鑽削設計

      鈦（tài）合金材料的深孔加工被公認為（wéi）是加工難度較大的一種深孔加工, 其鑽削係統可以（yǐ）采（cǎi）用BTA 或DF 深孔鑽削係統, 采用內排屑錯齒深（shēn）孔鑽頭。在刀（dāo）具（jù）的角度上, 根據金屬切削理論, 切（qiē）削過程中金屬變形（xíng）的剪應變與剪切角和（hé）前（qián）角的關係為采用較小的（de）前角( 0°～5°) , 以（yǐ）改善刀具的散（sàn）熱條件（jiàn）和增強刀刃的強度。對於加工鈦（tài）合（hé）金的鑽頭, 為了克服因回彈而造成的摩擦, 可適當加大後角, 外刃後角取12°～15°,內刃後角取15°～18°。外刃副後角取5°～8°。采用內（nèi）斜式（shì）斷屑槽, 斷屑槽底圓弧半徑較（jiào）大, 這樣有利於斷屑。在刀片及（jí）導向塊材料（liào）上, 加工鈦合金材料時, 均選（xuǎn）用（yòng）YG 類（lèi）硬（yìng）質合金( 如YG8) , 避免采（cǎi）用YT 類（lèi）硬質合金（jīn）時與鈦合金產生親合作用, 以提高刀具的耐磨性。導向塊的滯後量適（shì）當加大,取2～3mm, 這樣可克服由於（yú）鈦合金材料的回彈和外齒刀尖的磨損而造成導向塊超前切削的（de）可能（néng）性, 減小軸向（xiàng）力。為減（jiǎn）少（shǎo）刀具磨損, 一般不采用較高（gāo）的切削速度, 通常取30～50m/min。而進給量在0.06～0.25mm/r 範（fàn）圍內進行試（shì）驗,以（yǐ）確定合理的切削用量。切削液為機械油加極壓添加劑（jì）。

      3 鑽削試驗分析

      3.1 鎳基合金試驗分析

      工（gōng）件材（cái）料為!48×750mm 的鎳基合金棒料, 孔徑（jìng）為!8mm, 因為孔比較小, 所以進給量在0.08~0.12mm/r, 可得到光亮的C 形切屑和螺旋卷（juàn）屑( 圖2 所示) 。而（ér）過小（xiǎo）的進給量, 易形（xíng）成連續的長卷硬屑( 材料強度好) , 會造成（chéng）堵屑現象。當進給量增大到（dào）0.15mm/r 以上時, 切削過程（chéng）不穩（wěn）定, 振動加劇。孔（kǒng）徑尺（chǐ）寸（cùn）穩定（dìng）, 變化量較小, 精度可達IT9- 10, 表麵質量理想, 粗糙（cāo）度可達Ra2.5~6.3!m。

      3.2 鈦（tài）合金試驗分析

      工件為（wéi）!60×1200mm 鍛造鈦合（hé）金材料( TC4) , 鑽孔直徑為24mm。對於鈦合金材料（liào）, 由於其強度高和易於產生硬化層等特點, 為減少刀具磨損, 一般不采用（yòng）較高的切削（xuē）速度, 通常取30~50m/min。而進給量在0.12~0.16mm/r可以得到光亮的C 狀切屑和螺旋卷狀切屑( 圖3 所示) ,切削過程平穩（wěn）, 且刀具具有（yǒu）較高的耐用度。當進給量減少時, 出現長屑並會造成堵屑現象。當進給量增大到（dào）0.2mm/r以上時, 切屑開始（shǐ）變硬, 出現長（zhǎng）條形的擠壓狀（zhuàng）硬屑（xiè）, 切削振動（dòng）增加, 刀具磨損加劇, 並最終導致出現打刀現象。

      4 結語

      試驗證（zhèng）明, 鎳（niè）基合（hé）金和鈦合金等難加工材料, 在采用合理的鑽削係（xì）統（tǒng）、適當的刀具和鑽削工藝參數的條件下鑽削穩定, 出屑順暢, 且刀具的（de）耐用度高, 還具有較高的生產效率。