鑽削試（shì）驗鎳基合金、鈦合金廣泛應用於航天、航空、石油、汽車、儀（yí）器（qì）等（děng）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比擬（nǐ）的性能優點（diǎn）, 但也（yě）給這（zhè）些材料的加工帶來了困難。為此鎳基合金和鈦合金工件的深孔加工技術成為工藝設計的重要（yào）課題之一。

      1 鎳（niè）基合金（jīn）和鈦合金的性能特性

      1.1 鎳基（jī）合金性能特（tè）性

      由於鎳基合金的主要成分為鎳和鉻, 另外還添加有少量其它元素: 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) 刀具的主要成分[2]。所以具有如下特點（diǎn）:( 1) 加工硬化傾（qīng）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（jiā）到HRC47 左右。加工硬化現象對刀具壽命有（yǒu）很大影響, 通常會產生嚴重的邊界磨損;( 2) 切削力大。未強（qiáng）化處理的高溫合金單位切削力在（zài）4000N/mm2 以上, 而普通合金鋼僅2500N/mm2;( 3) 材（cái）料導熱性差。切削高溫合金時產生的大量切削熱由（yóu）刀（dāo）具承受, 將導致切削（xuē）刃產生塑性變（biàn）形、粘結與擴散磨損。

      1.2 鈦合（hé）金（jīn）性能特性

      鈦合金密度小( γ=4.5×103kg/m3) , 強度高( "b=900~1100MPa), 其（qí）比強度大大超過高強（qiáng）度鋼[2]。熱強性高, 熱穩定性好, 在300℃~500℃時強度約比鋁合金高10 倍。化（huà）學活性大, 在空氣中會（huì）與O2、N2、H2、CO、CO2 等產生強烈的（de）化學反應, 會形成TiC。較高溫度時, 與N2 作（zuò）用形成TiN 硬質表麵, 從而在零（líng）件表麵形成硬度很高的硬化層。導熱性差（chà）,其導熱係數極（jí）小, 約為45 鋼的1/5～1/7。彈性模量小, E=108GPa, 約為鋼的1/2。所以具有（yǒu）如下切削特（tè）點: ( 1) 彈性變形大（dà）;( 2) 切削溫（wēn）度高（gāo）。在（zài）相同條件（jiàn）下鈦合金的切削溫度高於45 鋼1 倍以上;( 3) 易形成表（biǎo）麵變質硬化層。

      2 深孔鑽削（xuē）的設計特點

      2.1 鎳基合金鑽削（xuē）設計

      ( 1) 深孔鑽削係統選（xuǎn）用BTA 係統,屬於內排屑方式,結構簡單, 易操（cāo）作[3] ;( 2) 根據工件的孔徑, 選用單刃內排（pái）屑深孔鑽頭, 其結構如圖1 所（suǒ）示。其特點: 導向塊和刀齒都焊接在刀體上, 鑽頭（tóu）與鑽杆采用方牙螺紋連（lián）接, 連接強度較高, 製造簡單。鑽頭的切削部（bù）分主要由內刃、外刃、鑽尖、導向塊以及排（pái）屑孔組成, 刃形和切削過程與（yǔ）槍鑽相似。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（rèn）前角γ0=0°, 內（nèi）刃前角γ0t=15°, 以（yǐ）加強內刃（rèn）強度, 外刃後角#0=10°, 內刃（rèn）後角（jiǎo）#0t=15°, 外緣副切削刃的副後角#0′=8°。外刃餘偏角$r1=15°, 內刃餘偏角的作用主要使（shǐ）中心刀刃在孔底切出反錐麵, 起定心作用（yòng）, 將鑽心處切屑進行尖劈分屑, 其（qí）值為（wéi）$rt=20°。采用外斜形斷屑槽結構, 易於切屑折斷;( 3) 刀片材料選取高溫合金, 通常選（xuǎn）取YG 類和YD 類硬質合金。本方案選擇YD類硬質合金, 切削齒和導向塊均選用YD15。YD 類硬質合金抗彎強度高, 能夠（gòu）抗較大的切削力（lì）, 刀具耐（nài）用度好; ( 4) 深孔鑽（zuàn）削工藝參數（shù）:工件轉速n=290r/min; 進給量f=0.04～0.18mm/r, 切削液選（xuǎn）用20 號機油。鑽削過（guò）程中, 斷屑良好, 排屑順暢, 切削輕快, 一次鑽（zuàn）通, 表麵粗糙度Ra6.4!m, 直線度誤差小（xiǎo）於0.1mm/全長。刀具（jù）磨損量小耐用度（dù）高。

      2.2 鈦合金鑽削設（shè）計

      鈦合金材料的深孔加工被公認為是加工難度較大的（de）一種深孔加工（gōng）, 其鑽削係統可以采用BTA 或DF 深孔（kǒng）鑽削係統（tǒng）, 采用內（nèi）排（pái）屑錯齒深孔鑽頭。在刀具的角度上, 根據金屬（shǔ）切削理論, 切削（xuē）過程中金屬（shǔ）變形的剪應變與剪切（qiē）角和前（qián）角的關係為采用較小（xiǎo）的前角( 0°～5°) , 以改善刀具的散熱條件和增強刀刃的強度。對於加工鈦合金的鑽頭, 為了克（kè）服（fú）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（qǔ）5°～8°。采用內斜式斷屑槽, 斷屑槽（cáo）底圓弧半徑較大, 這樣有利於斷屑。在刀（dāo）片及導向塊材料上, 加工鈦合金材料時, 均選用YG 類硬質合（hé）金( 如YG8) , 避免采用YT 類硬質合金（jīn）時與鈦合金產生親合作（zuò）用, 以提高刀具的耐磨性。導向塊的滯後量適當（dāng）加大,取2～3mm, 這樣可克服由於鈦合金材料的回彈和外齒刀尖的磨損而造（zào）成導向塊超前切削的（de）可能性, 減小軸向力。為減少刀具磨損, 一般（bān）不采用（yòng）較高的切削（xuē）速度, 通常取30～50m/min。而進給量在（zài）0.06～0.25mm/r 範圍內進（jìn）行試驗,以確定合理的切（qiē）削用量。切削液為機械油（yóu）加極（jí）壓添（tiān）加劑。

      3 鑽削試驗分析（xī）

      3.1 鎳基（jī）合金試驗分析

      工件材料為!48×750mm 的鎳（niè）基合金棒料, 孔徑為!8mm, 因為孔比較（jiào）小, 所以進給量在0.08~0.12mm/r, 可得到光亮的C 形切（qiē）屑和螺旋卷屑( 圖2 所示) 。而過小的進給量, 易形成（chéng）連（lián）續的（de）長卷硬屑( 材料強（qiáng）度好) , 會造成（chéng）堵屑現象。當進給量增大到0.15mm/r 以上時, 切削過（guò）程不穩定, 振（zhèn）動加劇。孔徑尺寸穩（wěn）定, 變化量較小, 精度（dù）可達IT9- 10, 表麵質量理想, 粗糙度可達Ra2.5~6.3!m。

      3.2 鈦合金試驗分（fèn）析（xī）

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

      4 結語（yǔ）

      試驗證明, 鎳基合（hé）金和鈦合金等難加（jiā）工材料, 在采用合理的鑽削係統、適當的刀具和鑽（zuàn）削工藝參數的條件下（xià）鑽削穩定, 出屑順（shùn）暢, 且刀具的耐（nài）用度高, 還（hái）具有較（jiào）高的（de）生產效率。