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1、鈦合金攻絲 鈦合金攻絲是鈦合金切削加工中最困難的工序，特別是攻制小螺紋。這種困難主要表現(xiàn)在攻絲時(shí)的總扭矩大，約為45號(hào)鋼的2倍；絲錐刀齒過(guò)快地磨損、崩刃，甚至被“咬死”在螺紋孔內(nèi)而折斷。這是由于鈦合金的彈性模量太小，螺紋表面產(chǎn)生很大的回彈，使絲錐與工件接觸的面積增大，造成很大的摩擦扭矩，磨損加??；另外，切屑細(xì)小不易拳曲，有粘刀現(xiàn)象，造成排屑困難。因此，解決鈦合金攻絲問(wèn)題的關(guān)鍵是減小攻絲時(shí)絲錐與工件的接觸面積。 （1）普通絲錐：必須經(jīng)過(guò)技術(shù)處理后方能攻制鈦合金螺紋。對(duì)普通絲錐進(jìn)行處理的措施為：增大容屑空間，減少齒數(shù)；在校準(zhǔn)齒上留出0.2～0.3 mm的刀帶后，將后角加大到20～30，并沿絲錐

2、全長(zhǎng)磨去齒背中段；保留2～3扣校準(zhǔn)齒后將后部的倒錐由0.05～0.2 mm/100 mm增大至0.16～0.32 mm/100 mm。當(dāng)其他條件完全相同時(shí)，若將齒背寬度減?。トィ?/2～2/3，攻絲扭矩下降1/4～1/3。 （2）修正齒絲錐：修正齒絲錐是把標(biāo)準(zhǔn)絲錐的成形法加工螺紋改為漸成法，工作原理如圖7-6所示。由圖可知，修正齒絲錐的齒形角α0小于螺紋齒形角α1，使絲錐齒側(cè)與被切螺紋側(cè)表面形成一側(cè)隙角φ=（α1-α0）/2，并將絲錐螺紋做出較大的倒錐，使得摩擦扭矩大大減小，同時(shí)也利于切削液的冷卻潤(rùn)滑。 標(biāo)準(zhǔn)絲錐的倒錐是從校準(zhǔn)齒開(kāi)始的，倒錐量為（0.05～0.2）mm/100 mm；

3、修正齒絲錐的倒錐則是從第一個(gè)切削齒開(kāi)始，并且倒錐數(shù)值遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)絲錐，如κr =730′的修正齒絲錐可達(dá)1.437 mm/100 mm。由于倒錐量加大，修正齒絲錐的校準(zhǔn)部分便起不了導(dǎo)向作用，在切削錐前端時(shí)必須做出圓柱導(dǎo)向部，以避免絲錐剛攻入時(shí)產(chǎn)生歪斜，圓柱導(dǎo)向部的公稱尺寸及公差取決于攻絲前的底孔尺寸。圖7-7是修正齒絲錐的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)示例。修正齒絲錐攻制的螺紋表面粗糙度不如成形式絲錐。 （3）跳牙絲錐：跳牙絲錐是在切削齒和校準(zhǔn)齒上相間地去掉螺扣，其最大的特點(diǎn)是有效地減小了絲錐與工件的接觸面積，使攻絲扭矩顯著下降。由于間齒攻絲，相鄰螺扣側(cè)刃之間有較寬綽的空間，改善了容屑和切削液進(jìn)入切削區(qū)的條件

4、，提高了絲錐的耐用度；同時(shí)在制造絲錐時(shí)，砂輪外緣頂部也不需過(guò)分尖銳，改善了磨削條件。跳牙絲錐示意圖見(jiàn)圖7-8。 在相同的切削條件下經(jīng)試驗(yàn)比較，跳牙絲錐的攻絲扭矩約為標(biāo)準(zhǔn)絲錐的30％～50％，修正齒絲錐的35％～60％，耐用度比修正齒絲錐高1～3倍，用跳牙絲錐對(duì)鈦合金攻絲效果最好。 （4）螺紋底孔：對(duì)鈦合金攻絲一般按牙高率（螺孔實(shí)際牙型高度與理論高度的比率）不超過(guò)70％為依據(jù)來(lái)選取底孔直徑大小，即螺紋底孔直徑d1=d0-0.757 8p（d0為螺紋公稱尺寸，p為螺矩）。小直徑或粗牙螺紋牙高率可取大一些，被加工材料強(qiáng)度低或螺紋深度小于螺紋基本直徑時(shí)，可適當(dāng)增大牙高率，但過(guò)大會(huì)增大攻絲扭矩，

5、甚至折斷絲錐。為保證攻絲精度和表面質(zhì)量，螺紋底孔應(yīng)為鉸后的孔。 鈦合金的攻絲速度要根據(jù)材料的類(lèi)型和硬度來(lái)確定。α鈦合金的攻絲速度一般取Vc=7.5～12 m/min，α+β鈦合金取Vc=4.5～6 m/min，β鈦合金取Vc=2～3.5 m/min；鈦合金的硬度≤HB350時(shí)選用較高的切削速度，反之選用較低的切削速度。對(duì)鈦合金攻絲時(shí)，一般用含Cl、P的極壓切削液效果較好，但含Cl的極壓切削液攻絲后必須清洗干凈，防止零件晶間腐蝕；也可用蓖麻油60％、煤油40％的混合油作切削液。 鉆孔為半封閉式切削，對(duì)鈦合金鉆孔過(guò)程中切削溫度很高，鉆孔后回彈大，鉆屑長(zhǎng)而薄，易粘結(jié)而不易排出，經(jīng)常造成鉆頭被咬住

6、、扭斷等惡性事故。因此要求鉆頭具有高的強(qiáng)度和好的剛性，鉆頭與鈦合金的化學(xué)親和性要小，最好采用硬質(zhì)合金鉆頭，但目前最常用的仍是麻花鉆，經(jīng)過(guò)采取一些措施改進(jìn)后，也能取得較好的效果。 (1)改進(jìn)鉆頭：為滿足對(duì)鈦合金鉆孔的需要，應(yīng)對(duì)麻花鉆采取以下改進(jìn)措施： 加大鉆頭頂角，2Ф=135～140；增大鉆頭外緣處后角，取12～15；增大螺旋角，p=35～40；增大鉆心厚度，取(0.22～0.4)do(do為鉆頭直徑)。 采用“S”形或“X”形修磨鉆頭橫刃，橫刃長(zhǎng)度b=(0.08～0.1)do，同時(shí)保證橫刃的對(duì)稱度≤0.06 mm。兩種形式的橫刃均可形成第二切削刃，起到分屑作用和

7、減小鉆孔時(shí)的軸向力。 最常用的是在麻花鉆上磨出適于對(duì)鈦合金鉆孔的切削刃形，即鈦合金群鉆，其切削部分的形狀見(jiàn)圖7-1。圖中外內(nèi)刃頂角2φ和2φ′在鉆頭直徑do>3～10mm時(shí)均為130～140，do>10～30 mm時(shí)為125～140；外刃后角α在do>3～10 mm時(shí)為12～18，do>10～30 mm時(shí)為10～15；橫刃斜角ψ=45；內(nèi)刃前角γτ=-10～-15；內(nèi)刃斜角τ=10～15；圓弧刃后角aR=18～20。 鈦合金群鉆的有關(guān)參數(shù)和鉆削用量見(jiàn)表7-8和表7-9。 鈦合金鉆削和攻絲的工藝分析及研究 摘 要：主要敘述了鈦合金的性能特點(diǎn)，同時(shí)分析了影響鈦合金鉆削和

8、攻絲加工的主要因素，并提出改進(jìn)鈦合金鉆削和攻絲加工的工藝參數(shù)和相應(yīng)措施。 關(guān)鍵詞：鈦合金；鈦合金鉆削；鈦合金攻絲 0 引言 鈦合金材料重量輕，密度是4.4 kg/m3,比強(qiáng)度高，是航空航天等領(lǐng)域的重要金屬材料。但其加工性能較差，特別是鉆孔和攻絲的效率很低，在很大程度上制約著產(chǎn)品中鈦合金零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這里分析了鈦合金材料及其切削特性在鉆孔和攻絲中表現(xiàn)出來(lái)的具體特點(diǎn)，特別對(duì)刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)和刀具幾何參數(shù)等進(jìn)行了反復(fù)研究和試驗(yàn)，并采取了相應(yīng)措施，較好地解決了鈦合金鉆削和攻絲加工過(guò)程中存在的難題。 1 鈦合金性能特點(diǎn)和加工特性分析 1.1 鈦合金性能特點(diǎn)

9、 鈦合金即在工業(yè)純鈦中加入合金元素，以提高鈦的強(qiáng)度。鈦合金可分為三種：α鈦合金，β鈦合金和α+β鈦合金。α+β鈦合金,如TC4(Ti-6Al-4V)，此種鈦合金由α和β雙相組成，這類(lèi)合金組織穩(wěn)定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，能進(jìn)行淬火和時(shí)效處理使合金強(qiáng)化，是航空業(yè)重要的原材料。鈦合金的性能特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： a)比強(qiáng)度高。鈦合金密度小(4.4 kg/m3)，重量輕，其比強(qiáng)度卻大于超高強(qiáng)度鋼。 b)熱強(qiáng)性高。鈦合金熱穩(wěn)定性好，在300 ℃～500 ℃條件下，其強(qiáng)度約比鋁合金高10倍。 c)化學(xué)活性大。鈦的化學(xué)活性大，與空氣中的O、N、CO、水蒸氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反

10、應(yīng)，在鈦合金表面易形成TiC及TiN硬化層。 d)導(dǎo)熱性差。鈦合金導(dǎo)熱性差，鈦合金TC4在20 ℃時(shí)的熱導(dǎo)率λ=16.8 W/m℃，導(dǎo)熱系數(shù)是0.036 cal/(cms℃)。 1.2 鈦合金加工特性分析 由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，僅是鋼的1/4、鋁的1/13、銅的1/25，因而散熱慢，不利于熱平衡，特別是在鉆孔和攻絲加工過(guò)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，造成鉆頭和絲錐扭矩增大，刃口磨損快，耐用度降低。同時(shí)，由于鈦合金變形系數(shù)小于或接近于1，這是鈦合金加工時(shí)的一個(gè)顯著特點(diǎn)。因此，切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程加大，加 速刀具磨損。此外，鈦合金化學(xué)活性高，在高溫

11、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。 2 鈦合金的鉆削加工 通過(guò)對(duì)鈦合金加工特性的分析，了解了影響鈦合金鉆削加工的因素，即在加工過(guò)程中及易出現(xiàn)燒刀、斷鉆、刀具磨損快等問(wèn)題。因此，著重對(duì)鉆頭材料、鉆頭幾何參數(shù)、鉆削用量以及冷卻液等進(jìn)行了研究，并較好地解決了這一問(wèn)題。 2.1 鉆頭材料 鉆頭材料應(yīng)滿足以下要求： a)足夠的硬度。鉆頭和絲錐的硬度必須大于鈦合金的硬度。 b)足夠的強(qiáng)度和韌性。由于鉆頭和絲錐在加工鈦合金時(shí)承受很大的扭轉(zhuǎn)力和切削力。因此，必須有足夠的強(qiáng)度和韌性。 c)足夠的

12、耐磨性。由于鈦合金韌性好，加工時(shí)切削刃要鋒利，因此刀具材料必須有足夠的抵抗磨損能力，這樣才能減少加工硬化。 d)刀具材料與鈦合金親合能力要差。由于鈦合金化學(xué)活性高，因此要求刀具材料和鈦合金親合能力要差，以免形成溶敷，擴(kuò)散而成合金，造成粘刀、斷鉆等現(xiàn)象。 綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)常用的刃具材料W18Cr4V、硬質(zhì)合金(YG8)、W6Mo5Cr4V3Al、W12Cr4V4Mo和W2Mo9Cr4VCo8等制造的鉆頭和絲錐進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果表明由材料W2Mo9Cr4VCo8制造的鉆頭和絲錐加工鈦合金時(shí)刃口鋒利、磨損小，效率有了顯著的提高，是比較理想的刃具材料。 W2Mo9Cr4VCo8(M

13、42)屬于高速鋼的一種，用該材料制造的鉆頭和絲錐之所以適合加工鈦合金，與該材料的化學(xué)成分有關(guān)(材料化學(xué)成分見(jiàn)表1)。該材料含有7.5%～8.5%的金屬元素鈷。鈷的主要作用是能加強(qiáng)二次硬化的效果，提高紅硬性和熱處理后的硬度，同時(shí)，具有良好的散熱性。因此，含鈷高速鋼具有高的切削加工性能。 2.2 改變鉆頭幾何參數(shù) 鈦合金的加工特性決定標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭鉆削加工鈦合金時(shí)存在許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)： a)鉆頭頂角2Ψ小，切削刃長(zhǎng)，切下的切屑寬，因而鉆頭扭矩大，軸向抗力也大。同時(shí)，切屑卷曲成螺旋狀程度大，切屑所占的空間也大，排屑不順暢，影響冷卻。 b)鉆頭鉆心厚度K小。由于鉆削加工鈦合

14、金時(shí)鉆頭承受很大扭矩和軸向抗力。鉆心厚度小，則鉆頭強(qiáng)度低，鉆頭易折斷。 c)鉆頭螺旋角β小。螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角大，則刃口鋒利，切削輕快，否則會(huì)造成加工硬化。 d)鉆頭外緣處后角αf小,影響鉆心處切削刃的前角。 鉆頭的各基本參數(shù)見(jiàn)圖1。 2.2.1 增大鉆頭頂角2Ψ a) 鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當(dāng)鉆頭直徑和進(jìn)給量一定時(shí)，增大頂角2Ψ，則切削寬度變窄，單位切削刃上的負(fù)荷減輕。同時(shí)，鉆頭外圓處的刀尖角減小，減小了刀尖角的磨損速度，同時(shí)有利于散熱，耐用度也得到提高(見(jiàn)圖2)。 b) 頂角對(duì)前角有很大影響。當(dāng)頂角等于90時(shí)，主截面

15、為軸向截面，其前角就是某點(diǎn)所處的螺旋角。因此,增大頂角2Ψ有利于改善鉆心處的切削條件。 c) 頂角影響切屑流出的方向。頂角大，切屑卷曲成螺旋的程度減小，且比較平直，容易排除，即提高了排屑性能。 通過(guò)分析試驗(yàn)，在加工鈦合金時(shí),采取增大鉆頭頂角2Ψ, 2Ψ范圍是135～140，結(jié)果表明鉆削效果良好。 2.2.2 選擇合適的鉆頭螺旋角β a) 鉆頭螺旋角β直接影響主切削刃前角的增加和減小。β角增加,前角也增加,切削輕快, 易于排屑,扭矩和軸向力也小。見(jiàn)圖3。 式中，D為鉆頭直徑；P為螺旋槽導(dǎo)程。 b) 由上式看出，切削刃上各點(diǎn)β角是變化的。靠近外圓處β角最大，前角也最大，切削

16、刃鋒利，切削性能好。而靠近鉆心處β角最小,切削性能較差, 將通過(guò)此處磨成圓弧狀，以改善切削條件。 隨β角增加，切削刃強(qiáng)度減弱，磨損快，甚至?xí)l(fā)生切削刃燒毀等現(xiàn)象。因此合理選擇β角，以適合鈦合金鉆削加工。 通過(guò)分析試驗(yàn)，增大后鉆頭的螺旋角β見(jiàn)表2。 2.2.3 增大鉆心厚度 由于在鉆削加工鈦合金時(shí)鉆頭承受很大扭矩和徑向抗力，特別是小直徑鉆頭，容易折斷，因此增大鉆心厚度,以提高鉆頭強(qiáng)度。鉆心厚度一般為： 式中，D為鉆頭直徑。 2.2.4 增大鉆頭外緣處后角 鉆頭切削刃各點(diǎn)上的后角是不等的,愈接近中心,其后角愈大，因此,鉆頭后角的標(biāo)注和要求,都以

17、鉆頭外緣處為準(zhǔn)，見(jiàn)圖4(計(jì)算略)。 由于切削表面為螺旋面，切削刃上任一點(diǎn)的切削速度的方向?yàn)槁菪€，由展開(kāi)圖5可以看出，實(shí)際后角減小了一個(gè)ψ角。其大小由下式計(jì)算： 式中，f為鉆頭走刀量；D為鉆頭在該點(diǎn)的直徑。 由上式看出，走刀量增加，切削刃上的點(diǎn)愈接近中心，ψ角愈大,鉆頭實(shí)際后角愈小。這就要求有不等的后角ψ，由此向鉆心逐漸增加。為了適合鈦合金加工，總結(jié)出的后角αf見(jiàn)表3。 增大鉆頭外緣處后角,可以使橫刃鋒利,改善切削性能。特別是對(duì)鉆心處的鉆削加工有明顯改善。 2.2.5 鉆頭加工成倒錐K 鉆頭加工成倒錐,減小棱帶同孔壁摩擦，使鉆頭切削時(shí)扭矩減小

18、.倒錐角度見(jiàn)表4。 經(jīng)過(guò)分析試驗(yàn),按照上述幾何參數(shù)加工的鉆頭鉆削加工鈦合金時(shí)效果良好，效率可提高40%左右。 2.3 鉆削用量 鈦合金的性能特點(diǎn)要求鉆削加工鈦合金時(shí)轉(zhuǎn)速要低，進(jìn)給量要適中。表5是鉆削加工鈦合金的鉆削用量。 效果：我單位在鈦合金上鉆削Φ4.2, Φ5, Φ8, Φ12, Φ23孔,一次鉆出效率比標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭有顯著提高。例如：鉆孔直徑Φ4.2，深18 mm，鉆一個(gè)孔約需4 min，約鉆25~30個(gè)孔，刃磨一次；鉆孔直徑Φ5，深18 mm，鉆一個(gè)孔約需4 min，約鉆25~30個(gè)孔，刃磨一次；鉆孔直徑Φ8，深20 mm，鉆一個(gè)

19、孔約需8 min，約鉆18~22個(gè)孔，刃磨一次；鉆孔直徑Φ12，深20 mm，鉆一個(gè)孔約需14 min，約鉆15~20個(gè)孔，刃磨一次； 鉆孔直徑Φ23，深24 mm，鉆一個(gè)孔約需24 min，約鉆10~15個(gè)孔，刃磨一次。 2.4 冷卻液 鉆削和攻絲加工鈦合金時(shí)最好不用含氯的冷卻液，避免產(chǎn)生有毒物質(zhì)和引起氫脆。鉆削淺孔時(shí)，可用電解切削液，其成分是：葵二酸7%~10%，三乙醇胺7%~10%，甘油7%~10%，硼酸7%~10%，亞硝酸鈉3%~5%，剩余為水。 鉆削深孔時(shí)，用N32機(jī)械油加煤油，配比是3:1.5，也可用硫化切削液。 3 鈦合金的攻絲加工 鈦合金攻絲加工，特別是

20、小孔攻絲加工是很困難的。其主要原因是由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低，在攻絲加工過(guò)程中，切削區(qū)形成高溫，造成鈦合金熱膨脹，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(dòng),否則將絲錐折斷。 經(jīng)過(guò)大量分析試驗(yàn)，最后主要通過(guò)改進(jìn)絲錐結(jié)構(gòu)形式和選擇適合鈦合金刀具材料,解決了這一難題。 3.1 絲錐材料 絲錐材料同鉆頭材料。 3.2 絲錐結(jié)構(gòu)形式 標(biāo)準(zhǔn)絲錐一次切削成形，切削量大，扭矩也大，孔壁熱膨脹和回彈后,絲錐轉(zhuǎn)動(dòng)困難。為了解決這一問(wèn)題，改進(jìn)了絲錐的結(jié)構(gòu)形式,將標(biāo)準(zhǔn)絲錐的一次切削加工,分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三錐切削，同時(shí)，將絲錐加工成跳齒型，很好地解決了斷屑問(wèn)題，切

21、削輕快，效果非常好,效率大大提高，冷卻效果也得到了改善。M5跳齒絲錐的結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖6。跳齒絲錐的幾何參數(shù)，見(jiàn)表6。 絲錐的技術(shù)條件：a)切削部分的硬度HRC62-64，其余HRC32-42；b)刀齒寬度的2/3沿螺紋齒形鏟成030′。 3.3 螺紋底孔設(shè)計(jì) 根據(jù)鈦合金的特性,加工螺紋底孔時(shí),孔徑公差可放大一些。螺紋公差帶位置和精度等級(jí)確定后，在滿足內(nèi)螺紋小徑D1公差等級(jí)的情況下，適當(dāng)加大螺紋底孔直徑，冷卻后螺紋底孔的收縮量，能夠抵消這一部分的加大量，加工后的螺紋滿足設(shè)計(jì)精度要求。由于不同牌號(hào)的鈦合金、不同的鍛造熱處理方法、不同的結(jié)構(gòu)形式等原因，螺紋底孔加大的量也不同，根據(jù)

22、具體情況進(jìn)行試加工來(lái)確定。 3.4 冷卻液 鈦合金攻絲時(shí)使用的冷卻液與鉆削加工時(shí)使用的冷卻液相同。 4 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)對(duì)鈦合金的特性分析,重點(diǎn)解決了鈦合金鉆削和攻絲加工過(guò)程中存在的難題,并取得良好效果,得出如下結(jié)論： (1) W2Mo9Cr4Vo8材料的鉆頭和絲錐適合鈦合金加工； (2) 改進(jìn)鉆頭幾何參數(shù),可使鈦合金零件的加工效率有顯著的提高； (3) 改進(jìn)絲錐結(jié)構(gòu)形式, 可使鈦合金零件的加工效果得到明顯的改善； (4) 配制適合鈦合金加工的冷卻液，可延長(zhǎng)切削刀具的壽命。 鈦合金的切削加工 1． 鈦合金可分為哪幾類(lèi)? 鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為172

23、0℃，在低于882℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α鈦；在882℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為β鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃跋喾趾恐饾u改變而得到不同組織的鈦合金。室溫下，鈦合金有三種基體組織，鈦合金也就分為以下三類(lèi)： (1) α鈦合金：它是α相固溶體組成的單相合金，不論是在一般溫度下還是在較高的實(shí)際應(yīng)用溫度下，均是α相，組織穩(wěn)定，耐磨性高于純鈦，抗氧化能力強(qiáng)。在500℃～600℃的溫度下，仍保持其強(qiáng)度和抗蠕變性能，但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度不高。 (2) β鈦合金：它是β相固溶體組成的單相合金，未熱處理即具有較高的強(qiáng)度，淬火、時(shí)效后合金得

24、到進(jìn)一步強(qiáng)化，室溫強(qiáng)度可達(dá)1372～1666 MPa；但熱穩(wěn)定性較差，不宜在高溫下使用。 (3) α+β鈦合金：它是雙相合金，具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時(shí)效使合金強(qiáng)化。熱處理后的強(qiáng)度約比退火狀態(tài)提高50％～100％；高溫強(qiáng)度高，可在400℃～500℃的溫度下長(zhǎng)期工作，其熱穩(wěn)定性次于α鈦合金。 三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+p鈦合金次之，β鈦合金最差。α鈦合金代號(hào)為T(mén)A，β鈦合金代號(hào)為T(mén)B，α+β鈦合金代號(hào)為T(mén)C。 2．鈦合金有哪些性能和用途？ 鈦是

25、一種新型金屬，鈦的性能與所含碳、氮、氫、氧等雜質(zhì)含量有關(guān)，最純的碘化鈦雜質(zhì)含量不超過(guò)0.1％，但其強(qiáng)度低、塑性高。99.5％工業(yè)純鈦的性能為：密度ρ=4.5g/cm3，熔點(diǎn)為1800℃，導(dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W/(m.K)，抗拉強(qiáng)度σb=539MPa，伸長(zhǎng)率δ=25％，斷面收縮率ψ=25％，彈性模量E=1.078105MPa，硬度HB195。 (1) 比強(qiáng)度高：鈦合金的密度一般在4.5g/cm3左右，僅為鋼的60％，純鈦的強(qiáng)度接近普通鋼的強(qiáng)度，一些高強(qiáng)度鈦合金超過(guò)了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度。因此鈦合金的比強(qiáng)度(強(qiáng)度/密度)遠(yuǎn)大于其他金屬結(jié)構(gòu)材料，見(jiàn)表7-1，可制出單位強(qiáng)度高、剛性好、質(zhì)輕的零部件

26、。目前飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件、骨架、蒙皮、緊固件及起落架等都使用鈦合金。 (2) 熱強(qiáng)度高：對(duì)于α鈦合金，在350℃時(shí)TA6的鞏達(dá)422MPa、TA7的σb達(dá)491MPa，在500℃時(shí)TA8的σb達(dá)687MPa；對(duì)于α+β鈦合金，在400℃時(shí)TC4的σb達(dá)618MPa、TC10的σb達(dá)834 MPa，在450℃時(shí)TC6和TC7的σb均達(dá)589MPa、TC8的σb達(dá)706MPa，在500℃時(shí)TC9的σb達(dá)785MPa。這兩類(lèi)鈦合金在150℃～500℃范圍內(nèi)仍有很高的比強(qiáng)度，而鋁合金在150℃時(shí)比強(qiáng)度明顯下降。鈦合金的工作溫度可達(dá)500℃，鋁合金則在200℃以

27、下。 (3) 抗蝕性好：鈦合金在潮濕的大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼；對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力特別強(qiáng)；對(duì)堿、氯化物、氯的有機(jī)物品、硝酸、硫酸等有優(yōu)良的抗腐蝕能力。但鈦對(duì)具有還原性氧及鉻鹽介質(zhì)的抗蝕性差。 (4) 低溫性能好：鈦合金在低溫和超低溫下，仍能保持其力學(xué)性能。在-100℃和-196℃時(shí)TA4的σb分別為893MPa和1207MPa，在-196℃和-253℃時(shí)TA7的σb分別為1216MPa和1543MPa、TC1的σb分別為1133MPa和1354MPa、TC4的σb分別為1511MPa和1785MPa。因此，鈦合金也是一種重要的低溫結(jié)構(gòu)材料。 (5)化

28、學(xué)活性大：鈦的化學(xué)活性大，與大氣中O、N、H、CO、CO2、水蒸氣、氨氣等產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)。含碳量大于0.2％時(shí)，會(huì)在鈦合金中形成硬質(zhì)TiC；溫度較高時(shí)，與N作用也會(huì)形成TiN硬質(zhì)表層；在600℃以上時(shí)，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會(huì)形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1～0.15 mm，硬化程度為20％～30％。鈦的化學(xué)親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。 (6)導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量?。衡伒膶?dǎo)熱系數(shù)λ=15.24W／(m.K)，約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其

29、剛性差、易變形，不宜制作細(xì)長(zhǎng)桿和薄壁件，切削時(shí)加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。 鈦合金的牌號(hào)、性能見(jiàn)表7-2。 3．鈦合金有哪些切削特點(diǎn)？ 鈦合金的硬度大于HB350時(shí)切削加工特別困難，小于HB300時(shí)則容易出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象，也難于切削。但鈦合金的硬度只是難于切削加工的一個(gè)方面，關(guān)鍵在于鈦合金本身化學(xué)、物理、力學(xué)性能間的綜合對(duì)其切削加工性的影響。鈦合金有如下切削特點(diǎn)： (1)變形系數(shù)?。哼@是鈦合金切削加工的顯著特點(diǎn)，變形系數(shù)小于或

30、接近于1。切屑在前刀面上滑動(dòng)摩擦的路程大大增大，加速刀具磨損。 (2)切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小(只相當(dāng)于45號(hào)鋼的1/5～1/7)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，切削時(shí)產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高。在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號(hào)鋼時(shí)高出一倍以上。 (3)單位面積上的切削力大：主切削力比切鋼時(shí)約小20％，由于切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度極短，單位接觸面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時(shí)，由于鈦合金的彈性模量小，加工時(shí)在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動(dòng)，加大刀具磨損并影響零件的精度。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性。 (4)

31、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時(shí)切削過(guò)程中的塑性變形也會(huì)造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，而且能加劇刀具磨損，是切削鈦合金時(shí)的一個(gè)很重要特點(diǎn)。 (5)刀具易磨損：毛坯經(jīng)過(guò)沖壓、鍛造、熱軋等方法加工后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刃現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。另外，由于鈦合金對(duì)刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下，刀具很容易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。車(chē)削鈦合金時(shí)，有時(shí)前刀面的磨損甚至比后刀面更為嚴(yán)重；進(jìn)給量f<0.1 mm/r時(shí)，磨損主要發(fā)生在后刀面上；當(dāng)f>0.2 mm/

32、r時(shí)，前刀面將出現(xiàn)磨損；用硬質(zhì)合金刀具精車(chē)和半精車(chē)時(shí)，后刀面的磨損以VBmax<0.4 mm較合適。 4．切削鈦合金時(shí)怎樣選擇刀具材料？ 切削加工鈦合金應(yīng)從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)，選用紅硬性好、抗彎強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好、與鈦合金親和性差的刀具材料，YG類(lèi)硬質(zhì)合金比較合適。由于高速鋼的耐熱性差，因此應(yīng)盡量采用硬質(zhì)合金制作的刀具。常用的硬質(zhì)合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。 涂層刀片和YT類(lèi)硬質(zhì)合金會(huì)與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損，不宜用來(lái)切削鈦合金；對(duì)于復(fù)雜、多刃刀具，可選用高釩高速鋼(如W12Cr4V4Mo

33、)、高鈷高速鋼(如W2Mo9Cr4VCo8)或鋁高速鋼(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，適于制作切削鈦合金的鉆頭、鉸刀、立銑刀、拉刀、絲錐等刀具。采用金剛石和立方氮化硼作刀具切削鈦合金，可取得顯著效果。如用天然金剛石刀具在乳化液冷卻的條件下，切削速度可達(dá)200 m/min；若不用切削液，在同等磨損量時(shí)，允許的切削速度僅為100m/min。 5．切削鈦合金時(shí)怎樣選擇刀具幾何參數(shù)？ (1)前角γ0：鈦合金切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度短，前角較小時(shí)既可增加刀屑的接觸面積，使切削熱和切削力不至于過(guò)分集中在切削刃附近，改善散熱條件，又能加強(qiáng)切削刃，減小崩損的可能性。

34、一般取γ0=5～15。 (2)后角α0：鈦合金已加工表面彈性恢復(fù)大、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，采用大后角可減小對(duì)后刀面造成的摩擦、粘附、粘結(jié)、撕裂等現(xiàn)象，以減小后刀面的磨損。各種切削鈦合金刀具的后角基本上都大于等于15。 (3)主偏角κr和副偏角κr：切削鈦合金時(shí)切削溫度高、彈性變形傾向大，在工藝系統(tǒng)剛性允許的條件下，應(yīng)盡量減小主偏角，以增加切削部分的散熱面積和減小切削刃單位長(zhǎng)度上的負(fù)荷，一般采用κr=30，粗加工時(shí)取κr=45。減小副偏角可以加強(qiáng)刀尖，有利于散熱和降低加工表面粗糙度值，一般取κr =10～15。 (4)刃傾角λs：由于毛坯有硬皮和表層組織不均勻，粗車(chē)時(shí)切削刃容易崩損，為了增加切削刃

35、的強(qiáng)度和鋒利程度，應(yīng)加大切屑的滑動(dòng)速度，一般取λs =-3～-5，精車(chē)時(shí)λs =O。 (5)刀尖圓弧半徑rε：切削鈦合金時(shí)刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨損，需磨出刀尖圓弧，一般rε=0.5～1.5mm。 車(chē)削時(shí)采用負(fù)倒棱(bγ=0.03～0.05 mm，γ01=-10～0)，斷(卷)屑槽的槽底圓弧半徑Rn=6～8 mm。 另外，刀具刃磨質(zhì)量對(duì)提高其耐用度也十分重要。硬質(zhì)合金刀具宜用金剛石砂輪刃磨，切削時(shí)刃口必須鋒利，前后刀面的表面粗糙度Ra值應(yīng)小于0.4um，刃口部分不允許有微小的缺口。刀具刃磨后進(jìn)行研磨，其耐用度可提高30％。 6．切削鈦合金時(shí)怎樣選擇切削用量？ 切削鈦合金時(shí)

36、，切削溫度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度對(duì)切削溫度的影響最大，因此應(yīng)力求使所選擇的切削速度下產(chǎn)生的切削溫度接近最佳范圍。高速鋼刀具切削鈦合金時(shí)的最佳切削溫度約為480℃～540℃，硬質(zhì)合金刀具約為650℃～750℃。切削鈦合金一般采用較低的切削速度、較大的切削深度和進(jìn)給量。 (1)切削速度Vc：切削速度對(duì)刀具耐用度影響最大，最好能使刀具在相對(duì)磨損最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌號(hào)的鈦合金，由于強(qiáng)度差別較大，切削速度應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。切削深度對(duì)切削速度也有一定影響，應(yīng)根據(jù)不同的切削深度來(lái)確定切削速度的大小，核正系數(shù)見(jiàn)表7-3和表7-4。 (2)進(jìn)給量f：進(jìn)給量

37、對(duì)刀具的耐用度影響較小，在保證加工表面粗糙度的條件下，可選較大的進(jìn)給量，一般取f=0.1～0.3 mm/r。進(jìn)給量太小，使刀具在硬化層內(nèi)切削，增加刀具磨損，同時(shí)極薄的切屑在高的切削溫度下容易自燃，因此不允許f<0.05 mm/r。 (3)切削深度αp：切削深度對(duì)刀具耐用度的影響最小，一般選用較大的切削深度，這樣不僅可以避免刀尖在硬化層內(nèi)切削，減小刀具磨損，還可增加刀刃工作長(zhǎng)度，有利于散熱，一般取αp=1～5 mm。車(chē)削鈦合金的切削用量見(jiàn)表7-5。 7．切削鈦合金時(shí)怎樣選擇切削液？ 切削鈦合金時(shí)，為了降低切削溫度，應(yīng)當(dāng)向切削區(qū)域澆注大

38、量的以冷卻作用為主的切削液。對(duì)切削液的要求有導(dǎo)熱系數(shù)大、比熱大、熱容量大、汽化熱大、汽化速度快、流量大、流速快。一般說(shuō)來(lái)，水比油的導(dǎo)熱系數(shù)大3～5倍，比熱大1倍，汽化熱幾乎大10倍左右，故用水溶性切削液較為合適。車(chē)、銑削鈦合金時(shí)，常采用乳化液，或采用有極壓添加劑的水溶性切削液。 極壓乳化劑的配方為： 石油磺酸鈉 10％ 油酸 3％ 石油磺酸鉛 6％ 三乙醇胺 3.5 ％ 氯化石蠟 4％ 20號(hào)機(jī)油 70.5％ 氯化硬脂酸 3％ 極壓添加劑的水溶性切削液的配方為： 氯化脂肪酸、聚氯乙烯 0.5％～0.8％ 磷酸三鈉 0.59％ 三乙醇胺 1％～2％ 亞硝酸鈉 1.2％ 水 其余

39、 對(duì)于鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、拉削、攻絲等工序，應(yīng)該采用潤(rùn)滑作用較大的極壓可溶性油作切削液，如蓖麻油、油酸、硫化油、氯化油等。 冷卻潤(rùn)滑的方法最好采用高壓噴霧冷卻法、高壓內(nèi)冷卻法等，這樣才可起到良好的冷卻、潤(rùn)滑作用。切削液流量不少于15～20 L／min。 8．切削鈦合金時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題? 在切削鈦合金的過(guò)程中，應(yīng)注意的事項(xiàng)有： (1)由于鈦合金的彈性模量小，工件在加工中的夾緊變形和受力變形大，會(huì)降低工件的加工精度；工件安裝時(shí)夾緊力不宜過(guò)大，必要時(shí)可增加輔助支承。 (2)如果使用含氯的切削液，切削過(guò)程中在高溫下將分解釋放出氫氣，被鈦吸收引起氫脆；也可能引起鈦合金高溫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

40、(3)切削液中的氯化物使用時(shí)還可能分解或揮發(fā)有毒氣體，使用時(shí)宜采取安全防護(hù)措施，否則不應(yīng)使用；切削后應(yīng)及時(shí)用不含氯的清洗劑徹底清洗零件，清除含氯殘留物。 (4)禁止使用鉛或鋅基合金制作的工、夾具與鈦合金接觸，銅、錫、鎘及其合金也同樣禁止使用。 (5)與鈦合金接觸的所有工、夾具或其他裝置都必須潔凈；經(jīng)清洗過(guò)的鈦合金零件，要防止油脂或指印污染，否則以后可能造成鹽(氯化鈉)的應(yīng)力腐蝕。 (6)一般情況下切削加工鈦合金時(shí)，沒(méi)有發(fā)火危險(xiǎn)，只有在微量切削時(shí)，切下的細(xì)小切屑才有發(fā)火燃燒現(xiàn)象。為了避免火災(zāi)，除大量澆注切削液之外，還應(yīng)防止切屑在機(jī)床上堆積，刀具用鈍后立即進(jìn)行更換，或降低切削速度，加大進(jìn)給量

41、以加大切屑厚度。若一旦著火，應(yīng)采用滑石粉、石灰石粉末、干砂等滅火器材進(jìn)行撲滅，嚴(yán)禁使用四氯化碳、二氧化碳滅火器，也不能澆水，因?yàn)樗芗铀偃紵踔翆?dǎo)致氫爆炸。 9．怎樣對(duì)鈦合金進(jìn)行銑削？ 鈦合金在惰性氣體介質(zhì)中低速銑削時(shí)，切屑變形系數(shù)大于1.0；但在大氣中，銑削速度Vc=30 m/min時(shí)，切屑變形系數(shù)小于1.0，這是因?yàn)殁伜辖鹪诟邷劂娤鲿r(shí)，對(duì)大氣中氧和氮的親和性很大，在800℃高溫條件下，鈦合金的切屑便激烈地從周?chē)髿庵形者@些氣體，產(chǎn)生相變并使縮短的銑屑重新伸長(zhǎng)。鈦合金銑削時(shí)溫度很高，沖擊力大，應(yīng)選用能很好地承受交變載荷和熱沖擊的銑刀刀齒材料。通常選用YG類(lèi)硬質(zhì)合金，也可用鈷、鋁超

42、硬高速鋼。 鈦合金銑刀的幾何參數(shù)和銑削用量見(jiàn)表7-6和表7-7。 銑削鈦合金時(shí)，宜采用不對(duì)稱順銑法，這樣刀齒前面遠(yuǎn)離刀尖部分首先接觸工件，刀齒切離時(shí)的切屑很薄，不易粘結(jié)在切削刃上。而逆銑時(shí)正相反，容易粘屑，當(dāng)?shù)洱X再次切入時(shí)切屑被碰斷，造成刀具材料剝落崩刃。 端銑刀與工件軸線間的偏移量e可決定銑刀刀齒與工件首先接觸的最佳部位，順銑或逆銑及切離時(shí)切屑厚度的大小，一般以偏移量e=(0.04～0.1) do為宜(do為端銑刀直徑)。 由于鈦合金的彈性模量小，順銑造成讓刀現(xiàn)象，要求機(jī)床和刀具有較大的剛性。銑

43、削時(shí)刀具與切屑的接觸長(zhǎng)度短，不易卷屑，要求刀具具有較好的刀齒強(qiáng)度及較大的容屑空間，否則切屑堵塞會(huì)造成刀具劇烈磨損。 10．怎樣對(duì)鈦合金進(jìn)行鉆孔？ 鉆孔為半封閉式切削，對(duì)鈦合金鉆孔過(guò)程中切削溫度很高，鉆孔后回彈大，鉆屑長(zhǎng)而薄，易粘結(jié)而不易排出，經(jīng)常造成鉆頭被咬住、扭斷等惡性事故。因此要求鉆頭具有高的強(qiáng)度和好的剛性，鉆頭與鈦合金的化學(xué)親和性要小，最好采用硬質(zhì)合金鉆頭，但目前最常用的仍是麻花鉆，經(jīng)過(guò)采取一些措施改進(jìn)后，也能取得較好的效果。 (1)改進(jìn)鉆頭：為滿足對(duì)鈦合金鉆孔的需要，應(yīng)對(duì)麻花鉆采取以下改進(jìn)措施： 加大鉆頭頂角，2Ф=135～140；增大鉆頭外緣處后角，取12～15；增大螺旋角

44、，p=35～40；增大鉆心厚度，取(0.22～0.4)do(do為鉆頭直徑)。 采用“S”形或“X”形修磨鉆頭橫刃，橫刃長(zhǎng)度b=(0.08～0.1)do，同時(shí)保證橫刃的對(duì)稱度≤0.06 mm。兩種形式的橫刃均可形成第二切削刃，起到分屑作用和減小鉆孔時(shí)的軸向力。最常用的是在麻花鉆上磨出適于對(duì)鈦合金鉆孔的切削刃形，即鈦合金群鉆，其切削部分的形狀見(jiàn)圖7-1。圖中外內(nèi)刃頂角2φ和2φ′在鉆頭直徑do>3～10mm時(shí)均為130～140，do>10～30 mm時(shí)為125～140；外刃后角α在do>3～10 mm時(shí)為12～18，do>10～30 mm時(shí)為10～15；橫刃斜角ψ=45；內(nèi)刃前角γτ=-10～

45、-15；內(nèi)刃斜角τ=10～15；圓弧刃后角aR=18～20。 鈦合金群鉆的有關(guān)參數(shù)和鉆削用量見(jiàn)表7-8和表7-9。 在鉆頭上做出四條導(dǎo)向刃帶，加大鉆頭截面慣性矩，提高剛性，還自然地形成兩條輔助冷卻槽，耐用度比標(biāo)準(zhǔn)鉆頭提高3倍左右，切削溫度約降低20％。同時(shí)由于導(dǎo)向穩(wěn)定減小了孔擴(kuò)張量，如Ф3 mm的四刃帶鉆頭鉆孔孔擴(kuò)張量為0.03～0.04 mm，而標(biāo)準(zhǔn)鉆頭為0.05～0.06 mm。 (2)選擇適宜的槍鉆：在鉆鈦合金長(zhǎng)徑比大于5的深孔時(shí)，當(dāng)孔徑小于等于30 mm時(shí)，一般采用硬質(zhì)合金槍鉆，見(jiàn)圖7-2；當(dāng)孔徑大于30 mm時(shí)，采用硬質(zhì)合金B(yǎng)T

46、A鉆頭或噴吸鉆等。用圖7-2所示槍鉆鉆削TC11的孔，孔深204 mm(長(zhǎng)徑比約為26)，可保證表面粗糙度Ra為1.6 μm，生產(chǎn)率提高4倍，切屑呈“梅花”形或“C”形碎屑，排屑正常。 用硬質(zhì)合金槍鉆鉆長(zhǎng)徑比大于30的深孔時(shí)，在軸向施加小于100Hz的振動(dòng)進(jìn)行振動(dòng)鉆孔，可使得工件表面粗糙度Ra為0.3 μm，生產(chǎn)率提高5倍。具體參數(shù)為Vc=17 m/min，f=0.033 min/r，振幅為0.07 mm，頻率35 Hz，工件圓度4 μm，表面粗糙度Ra為0.33 μm。 (3)選擇合適的切削液：鉆淺孔時(shí)可選用電解切削液，其成分為癸二酸7％～10％，三乙醇胺7％～10％，甘油7％～

47、10％，硼酸7％～10％，亞硝酸鈉3％～5％，其余為水。 鉆深孔時(shí)不宜選用水基切削液，因?yàn)樗诟邷叵驴赡茉谇邢魅猩闲纬烧羝麣馀?，易產(chǎn)生積屑瘤，使鉆孔不穩(wěn)定。宜采用N32機(jī)油加煤油，其配比為3:1或3:2，也可采用硫化切削油。 11．怎樣對(duì)鈦合金進(jìn)行鉸孔？ 用高速鋼和YG類(lèi)硬質(zhì)合金制作的鉸刀都可用于鈦合金零件上鉸孔。高速鋼鉸刀主要用于純鈦鉸孔，YG類(lèi)硬質(zhì)合金鉸刀主要用于鈦合金鉸孔。鈦合金鉸刀有直齒鉸刀、階梯鉸刀和帶刃傾角的階梯鉸刀三種，直齒鉸刀鉸出的工件孔徑最大，階梯鉸刀次之，帶刃傾角的階梯餃刀最小。階梯鉸刀的第一錐在切削的同時(shí)為第二錐起了導(dǎo)向作用，也為第二錐留下了極為穩(wěn)定的余量，實(shí)際

48、上起到了粗鉸和精鉸的作用；帶刃傾角的階梯鉸刀在刃傾角的作用下，提高鉸孔過(guò)程的平穩(wěn)性，并使切屑向下排出，不會(huì)摩擦、劃傷孔壁，因而鉸出的孔徑精度比階梯鉸刀更高些。 鈦合金鉸刀的幾何參數(shù)一般選用前角γ0=0～5，硬質(zhì)合金鉸刀取小值；后角α0=10～15；切削錐角κr=15～30。階梯鉸刀的第二錐角為15，刃傾角λs=-15。為了加大鈦合金鉸刀的容屑空間，齒數(shù)應(yīng)少于標(biāo)準(zhǔn)鉸刀，齒槽角δ=85～90。各種鈦合金鉸刀參數(shù)見(jiàn)圖7-3、圖7-4和圖7-5。 鈦合金鉸刀的直徑由鉸出孔的擴(kuò)張量大小來(lái)確定，一般高速

49、鋼鉸刀擴(kuò)張量取0.008mm，硬質(zhì)合金鉸刀擴(kuò)張量取0.006mm。 對(duì)鈦合金鉸孔時(shí)，粗鉸余量2αp=0.15～0.5 mm，精鉸余量2αp =0.1～0.4 mm，直徑小時(shí)取小值，反之取大值。硬質(zhì)合金鉸刀的切削用量Vc=15～50 m/min，f=0.1～0.5mm/r，鉸孔直徑大時(shí)取大值，反之取小值。高速鋼鉸刀的鉸削用量見(jiàn)表7-10。 鉸削鈦合金時(shí)，最好使用切削液，常用的是電解切削液或混合油(成分為蓖麻油60％和煤油40％)。 12．對(duì)鈦合金拉削時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題？ 首先，根據(jù)鈦合金材料的特性和切削特點(diǎn)，在拉刀設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題： (1)拉刀的前后角直接影響拉刀

50、的切削效果。用高速鋼制作的拉刀前角一般取γ0=10～20，硬質(zhì)合金拉刀γ0=8～15。用于外拉的拉刀切削齒后角αp =10～12，校準(zhǔn)齒后角αk =8～10；用于內(nèi)拉的切削齒后角αp =5～8，校準(zhǔn)齒后角αk=2～3；高速鋼和硬質(zhì)合金拉刀的這兩個(gè)后角相同。對(duì)于粗拉刀前后角用小值，精拉刀用大值。 (2)鈦合金拉刀只要條件允許應(yīng)盡可能做出刃傾角，一般取λs=5～10。 (3)拉刀前后刀面的粗糙度Ra≤0.32 μm。 (4)校準(zhǔn)齒上盡可能不留刃帶，若需要時(shí)，其寬度應(yīng)小于等于0.12 mm。 (5)由于鈦合金的彈性模量小，加工后回彈大，開(kāi)槽拉刀刀齒寬度至少應(yīng)等于或稍大于槽寬的下限尺寸

51、，以免拉出的槽窄達(dá)不到要求。 (6)拉刀卷屑臺(tái)的形式與拉削高溫合金的基本相同。 (7)鈦合金拉刀的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)一般為：粗拉刀VB≤0.3～0.4 mm，精拉刀VB≤0.15～0.2 mm。 再就是選用合理的拉削用量，在保證刀具耐用度的前提下提高生產(chǎn)效率。高速鋼拉刀的拉削速度Vc=4.5～6 m/min，粗拉刀的齒升量為0.06～0.10 mm，精拉刀為0.02～0.04 mm；硬質(zhì)合金拉刀的拉削速度Vc=15～30 m/min，粗拉刀的齒升量為0.08～0.12 mm，精拉刀為0.03～0.04mm。 拉削鈦合金工件時(shí)必須使用切削液，一般采用油基切削液，常用的是混合油(蓖麻油60％

52、，煤油40％)。還可選用另一種切削油，其成分為：聚醚30％，酯類(lèi)油30％，N7機(jī)械油30％，防銹添加劑和抗泡沫添加劑10％。 13．怎樣對(duì)鈦合金進(jìn)行攻絲？ 鈦合金攻絲是鈦合金切削加工中最困難的工序，特別是攻制小螺紋。這種困難主要表現(xiàn)在攻絲時(shí)的總扭矩大，約為45號(hào)鋼的2倍；絲錐刀齒過(guò)快地磨損、崩刃，甚至被“咬死”在螺紋孔內(nèi)而折斷。這是由于鈦合金的彈性模量太小，螺紋表面產(chǎn)生很大的回彈，使絲錐與工件接觸的面積增大，造成很大的摩擦扭矩，磨損加??；另外，切屑細(xì)小不易拳曲，有粘刀現(xiàn)象，造成排屑困難。因此，解決鈦合金攻絲問(wèn)題的關(guān)鍵是減小攻絲時(shí)絲錐與工件的接觸面積。 (1)普通絲錐：必須經(jīng)過(guò)技術(shù)處

53、理后方能攻制鈦合金螺紋。對(duì)普通絲錐進(jìn)行處理的措施為：增大容屑空間，減少齒數(shù)；在校準(zhǔn)齒上留出0.2～0.3 mm的刀帶后，將后角加大到20～30，并沿絲錐全長(zhǎng)磨去齒背中段；保留2～3扣校準(zhǔn)齒后將后部的倒錐由0.05～0.2 mm/100 mm增大至0.16～0.32 mm/100 mm。當(dāng)其他條件完全相同時(shí)，若將齒背寬度減小(磨去)1/2～2/3，攻絲扭矩下降1/4～1/3。 (2)修正齒絲錐：修正齒絲錐是把標(biāo)準(zhǔn)絲錐的成形法加工螺紋改為漸成法，工作原理如圖7-6所示。由圖可知，修正齒絲錐的齒形角α0小于螺紋齒形角α1，使絲錐齒側(cè)與被切螺紋側(cè)表面形成一側(cè)隙角φ=(α1-α0)/2，并將絲錐螺紋

54、做出較大的倒錐，使得摩擦扭矩大大減小，同時(shí)也利于切削液的冷卻潤(rùn)滑。 圖中各角度間的關(guān)系式為： tanδ=tan κr (tan(α1/2)˙cot(α0/2) -1) 設(shè)計(jì)攻制普通螺紋的修正齒絲錐時(shí)，為檢驗(yàn)方便，一般取絲錐齒形角α0=55，切削錐角δ可在230′～730′之間選取。 標(biāo)準(zhǔn)絲錐的倒錐是從校準(zhǔn)齒開(kāi)始的，倒錐量為(0.05～0.2)mm/100 mm；修正齒絲錐的倒錐則是從第一個(gè)切削齒開(kāi)始，并且倒錐數(shù)值遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)絲錐，如κr =730′的修正齒絲錐可達(dá)1.437 mm/100 mm。由于倒錐量加大，修正齒絲錐的校準(zhǔn)部分便起不了導(dǎo)向作用，在切削錐前端時(shí)必須做出圓柱導(dǎo)向部，

55、以避免絲錐剛攻入時(shí)產(chǎn)生歪斜，圓柱導(dǎo)向部的公稱尺寸及公差取決于攻絲前的底孔尺寸。圖7-7是修正齒絲錐的結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)示例。修正齒絲錐攻制的螺紋表面粗糙度不如成形式絲錐。 (3)跳牙絲錐：跳牙絲錐是在切削齒和校準(zhǔn)齒上相間地去掉螺扣，其最大的特點(diǎn)是有效地減小了絲錐與工件的接觸面積，使攻絲扭矩顯著下降。由于間齒攻絲，相鄰螺扣側(cè)刃之間有較寬綽的空間，改善了容屑和切削液進(jìn)入切削區(qū)的條件，提高了絲錐的耐用度；同時(shí)在制造絲錐時(shí)，砂輪外緣頂部也不需過(guò)分尖銳，改善了磨削條件。跳牙絲錐示意圖見(jiàn)圖7-8。 在相同的切削條件下經(jīng)試驗(yàn)比較，跳牙絲錐的攻絲扭矩約為標(biāo)準(zhǔn)絲錐的30％

56、～50％，修正齒絲錐的35％～60％，耐用度比修正齒絲錐高1～3倍，用跳牙絲錐對(duì)鈦合金攻絲效果最好。 (4)螺紋底孔：對(duì)鈦合金攻絲一般按牙高率(螺孔實(shí)際牙型高度與理論高度的比率)不超過(guò)70％為依據(jù)來(lái)選取底孔直徑大小，即螺紋底孔直徑d1=d0-0.757 8p(d0為螺紋公稱尺寸，p為螺矩)。小直徑或粗牙螺紋牙高率可取大一些，被加工材料強(qiáng)度低或螺紋深度小于螺紋基本直徑時(shí)，可適當(dāng)增大牙高率，但過(guò)大會(huì)增大攻絲扭矩，甚至折斷絲錐。為保證攻絲精度和表面質(zhì)量，螺紋底孔應(yīng)為鉸后的孔。 鈦合金的攻絲速度要根據(jù)材料的類(lèi)型和硬度來(lái)確定。α鈦合金的攻絲速度一般取Vc=7.5～12 m/min，α+β鈦合金取

57、Vc=4.5～6 m/min，β鈦合金取Vc=2～3.5 m/min；鈦合金的硬度≤HB350時(shí)選用較高的切削速度，反之選用較低的切削速度。 對(duì)鈦合金攻絲時(shí)，一般用含Cl、P的極壓切削液效果較好，但含Cl的極壓切削液攻絲后必須清洗干凈，防止零件晶間腐蝕；也可用蓖麻油60％、煤油40％的混合油作切削液。 14．磨削鈦合金有哪些特點(diǎn)？ (1)磨削力大：磨削鈦合金時(shí)，和一般磨削規(guī)律一樣，徑向力大于切向力。在相同條件下磨削TC9的徑向分力幾乎比45號(hào)鋼大4倍，切向分力大80％左右。 (2)磨削溫度高：鈦合金磨削時(shí)滑擦過(guò)程所占比重大，產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，急劇的彈性、塑性變形和大量的熱量，致使

58、磨削區(qū)的溫度很高。在相同條件下，磨削TC9的磨削溫度為45號(hào)鋼的1.5～2倍，最高時(shí)可達(dá)1000℃。 (3)砂輪磨損失效：磨削鈦合金時(shí)，除粘結(jié)、擴(kuò)散外，鈦合金與磨粒之間起化學(xué)作用，從而加速了砂輪的磨損過(guò)程。觀察磨削后的砂輪，鈦呈云霧狀分布，幾乎看不到砂輪磨粒。 (4)表面質(zhì)量不易保證：鈦合金磨削時(shí)，工件表面容易產(chǎn)生有害的殘余拉應(yīng)力和表面污染層，表面粗糙度數(shù)值較大。磨后表面殘余拉應(yīng)力數(shù)值大小隨磨削用量的加大而增大，磨削速度是殘余應(yīng)力的主要影響因素。 (5)生產(chǎn)率低：在保證所要求的零件加工精度的條件下，很難獲得較高的生產(chǎn)率。磨削時(shí)砂輪容易變鈍失效，磨削比很低，在相同條件下磨削Tc4的磨

59、削比只有1.53，而45號(hào)鋼為71.5，約為45號(hào)鋼的1/47。 15．磨削鈦合金時(shí)怎樣選擇砂輪？ (1)磨料的選擇：白剛玉WA砂輪一般只能在Vc≤10 m/s的條件下磨削鈦合金，因?yàn)閂c加大會(huì)使磨削溫度升高，鈦合金表層會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變；而且在高溫下很容易吸收空氣中的氧形成氧化鈦，并與Al2O3生成固溶體，因而增大了鈦與Al2O3的粘附結(jié)合力，加劇砂輪的粘結(jié)磨損。 綠碳化硅GC及鈰碳化硅CC磨料與鈦合金粘附較輕，尤以CC砂輪的磨削力小且磨削溫度低。采用混合磨料(以GC及CC為主磨料，以鉻剛玉PA、單晶剛玉SA、鋯剛玉ZA或微晶剛玉MA為副磨料)磨削效果能得到很大提高，磨削溫度降低到6

60、00℃以下，磨削比可達(dá)12。 采用人造金剛石JR和立方氮化硼CBN超硬磨料磨削鈦合金效果最好。CBN砂輪磨削鈦合金的磨削比比采用混合磨料高50～60倍，且工件表層殘余應(yīng)力幾乎都為壓應(yīng)力，陶瓷CBN砂輪磨削效果見(jiàn)表7-11。 (2)粒度和硬度的選擇：粒度和硬度都影響磨削比，粒度的影響大些。磨削鈦合金時(shí)，常用粒度號(hào)為36號(hào)～80號(hào)的磨料、硬度為K～M的砂輪；較軟的砂輪磨削力較小且磨削溫度較低，但磨損較大。實(shí)踐證明，既能減小磨削力又能適當(dāng)提高磨削比，采用粒度為80號(hào)、硬度為J的砂輪為宜。 (3)結(jié)合劑的選擇：磨削鈦合金的砂輪一般選用陶瓷結(jié)合劑V，這種結(jié)合劑的砂輪磨削力比較大；

61、對(duì)大而薄的砂輪選用橡膠結(jié)合劑R，可降低磨削溫度和磨削力。 (4)組織的選擇：采用中等偏疏松或疏松的砂輪組織5～8號(hào)為宜。成型磨削及精密磨削時(shí)，為保持砂輪型面及磨削表面粗糙度，可選用組織較為緊密的砂輪。 磨削鈦合金時(shí)，不同磨削方式使用砂輪的具體選擇見(jiàn)表7-12。 16．磨削鈦合金時(shí)怎樣選擇磨削用量？ 由于鈦合金的磨削溫度高，再加上鈦合金的化學(xué)活性大，工件表層組織很容易發(fā)生相變，而且容易產(chǎn)生有害的殘余拉應(yīng)力，會(huì)降低零件的疲勞強(qiáng)度，因此在選擇鈦合金的磨削用量時(shí)首先要考慮的是降低磨削溫度。磨削速度對(duì)磨削溫度的影響最大，即磨削鈦合金時(shí)的速度不宜太高。具體的鈦合金磨削用量見(jiàn)

62、表7-13。 17．磨削鈦合金時(shí)怎樣選擇磨削液？ 磨削鈦合金時(shí)，要求磨削液具有冷卻、潤(rùn)滑和沖洗作用，更重要的是應(yīng)具有抑制鈦與磨料的粘附作用和化學(xué)作用。目前用得較多的是水溶性磨削液，有亞硝酸鉀溶液、亞硝酸鉀和甲酸鈉溶液、亞硝酸鈉溶液、亞硝酸鈉和甲酸鈉溶液、亞硝酸胺溶液等。使用含極壓添加劑S、Cl、P的極壓油，效果較好，尤以氯(Cl)極壓油效果最好，但磨后應(yīng)清洗零件，以防降低零件的抗疲勞強(qiáng)度。 對(duì)于緩進(jìn)給磨削推薦選用下述配方制備磨削液：亞硝酸鈉1％，苯甲酸鈉0.5％，甘油0.5％，三乙醇胺0.4％，水(其余)。使用立方氮化硼CBN砂輪磨削時(shí)不宜使用水溶性磨削液，因BN與

63、水在800℃左右會(huì)起化學(xué)反應(yīng)，造成砂輪過(guò)快磨損(BN+H2O→H2BO3+NH3)。 使用磨削液時(shí)，應(yīng)特別注意流量要足夠大，每毫米砂輪寬度一般不低于0.5 L/min。砂輪線速度越高，流量應(yīng)越大。水箱容量一般為流量的1.5～3倍，以保持磨削液處于較低的溫度。另外，鈦合金的磨削溫度較高，鈦屑容易引起自燃，在使用油劑磨削液時(shí)，應(yīng)注意防止發(fā)生火災(zāi)。 18．鈦合金有哪些其他的磨削方法？ 磨削鈦合金除了常用的普通磨削法外，還可采用緩進(jìn)給磨削法和低應(yīng)力磨削法。 (1)緩進(jìn)給磨削法：鈦合金的緩進(jìn)給磨削的特點(diǎn)與高溫合金類(lèi)同，有關(guān)的詳細(xì)情況參照高溫合金的緩進(jìn)給磨削部分。鈦合金的緩進(jìn)給磨削一般選用

64、GC60G～JV的砂輪，磨削速度Vc=28～30 m/s，工件速度Vw=70 mm/min，磨削深度αp=1～2 mm。工件表面粗糙度值要求較小時(shí)，應(yīng)采用較硬的砂輪；成形磨削時(shí)，可用金剛石滾輪或鋼滾輪來(lái)修整砂輪。 (2)低應(yīng)力磨削法：鈦合金的低應(yīng)力磨削是靠減小磨去單位體積金屬消耗的能量，來(lái)降低磨后工件表層的殘余拉應(yīng)力，消除燒傷、變形和裂紋，很適合鈦合金的磨削。低應(yīng)力磨削應(yīng)采取以下措施：使用較軟的砂輪，經(jīng)常保持砂輪和修整工具的鋒利，減小徑向進(jìn)給量(或磨削深度)，降低磨削速度，大量充分使用性能好的磨削液。但此法生產(chǎn)率低，只適用于承受很高應(yīng)力的零件(如：高循環(huán)應(yīng)力或在腐蝕條件下工作的零件)，用這種磨削法可提高零件的疲勞強(qiáng)度。其磨削用量見(jiàn)表7-14。