1 引言

　　由于鈦合金具有比重?。芏仁?.4kg/m3）、比強度與熱強度高、熱穩定性和抗腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，可以顯著(zhù)減輕產(chǎn)品重量，提高推重比、結構的抗熱能力和可靠性，所以在航空、航天、石油、化工、軍工等部門(mén)得到廣泛應用。但是其性?xún)r(jià)比較差，特別是孔加工的效率很低，這在很大程度上制約著(zhù)鈦合金產(chǎn)品的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

　　2 鈦合金簡(jiǎn)介

　　鈦合金是利用鈦在不同溫度下形成的兩種不同組織結構，加入不同種類(lèi)數量的元素，使其相變溫度及相分含量逐漸改變而得到的。隨著(zhù)添加其他合金元素的種類(lèi)，數量不同，相變、溫度及相分含量也逐漸改變，從而得到不同的鈦合金，室溫下可分為α、（α+β）、β型三種基本組織。

　　2.1 影響鈦合金切削加工性的因素

　　鈦合金屬難加工材料。鈦合金的切屑加工性比奧氏體不銹鋼差，退火或固熔處理的鈦合金切削加工性低于高溫合金，而經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后的鈦合金切削加工性和高溫合金差不多。導致鈦合金切削加工性較差的原因主要有以下幾個(gè)：

　?。?）導熱、導溫系數小，切削溫度高。鈦合金的導熱系數平均是工業(yè)純鈦的一半，導溫系數分別為鐵和鋁的1/4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1倍以上。

　?。?）切削變形系數小，單位面積上的切削力大。鈦合金的切削變形系數小于1或接近1，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小，刀具單位面積上所承受的壓力要比一般鋼材大得多，導致切屑溫度急劇上升。

　?。?）化學(xué)活性大。鈦合金在300℃以上非常容易與刀具材料“親和”，易產(chǎn)生表面變質(zhì)污染層，導致表層硬度和脆性上升，易使刀具產(chǎn)生缺口、崩刃、剝落等現象，這樣就增加了磨刀次數，延長(cháng)了停機時(shí)間和機床調整時(shí)間，降低了生產(chǎn)率。

　?。?）粘刀現象嚴重。鈦合金材料的粘刀現象嚴重，極容易產(chǎn)生積屑瘤，將引起工件尺寸變化，影響到產(chǎn)品裝配質(zhì)量，甚至會(huì )導致零件報廢。

　　2.2 刀具材料的選擇

　　切削加工鈦合金的刀具材料，要求抗變強度高、硬度高、韌性好、熱硬性好、耐磨性好，還要散熱好，切削刀具要求刀面表面光潔，刃口鋒利。對多刃刀具，應控制切削刃的跳動(dòng)量.目前應用的有：高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質(zhì)合金及PCD、CBN、金屬陶瓷等超硬材料.

　　2.3 刀具的修磨及修磨標準

　　高速鋼刀具由于韌性好，對碰撞不敏感，硬質(zhì)合金硬而脆，對碰撞敏感，刃口易崩.在刃磨中，對硬質(zhì)合金的操作和放置十分小心，防止刀具間的碰撞和刀具摔落.高速鋼刀具精度相對較低，價(jià)格較低一般由工廠(chǎng)刀具車(chē)間進(jìn)行修磨，硬質(zhì)合金送專(zhuān)業(yè)修磨中心修磨，需要的修磨機床有磨槽機：磨鉆頭等刀具的槽或背.磨頂角機：磨鉆頭的錐形頂角（或稱(chēng)偏心后角）.修橫刃機：修正鉆頭的橫刃.手動(dòng)萬(wàn)能刀具磨床；磨外圓、槽、背、頂角、橫刃、平面、前刀面等.CNC磨床：一般是五軸聯(lián)動(dòng)，功能由軟件確定。一般維修數量大，精度高，但不復雜如鉆頭、鉸刀等。這類(lèi)磨床主要供應者來(lái)自德、美、澳、瑞士和日本。是否擁有一套成熟的修磨標準是衡量一個(gè)修磨中心是否專(zhuān)業(yè)的標準，在該標準里，規定了不同刀具在切削不同材料時(shí)其切削刃的技術(shù)參數，包括刃傾角、頂角、前角、后角、倒刃、倒棱等。在硬質(zhì)合金鉆頭中，使刀刃鈍化的工序叫“倒刃”，倒刃的寬度與被切削材料有關(guān)，一般在0.03-0.25mm之間。在棱邊上（刀尖點(diǎn)）倒角的工序叫“倒棱”。HM鉆頭與HSS鉆頭的區別：前者頂角一般是118°，有時(shí)大于130°；刀刃鋒利；對精度（刃高差、對稱(chēng)度、周向跳動(dòng)）要求相對低。橫刃有多種修法。后者頂角一般為140°，直槽鉆為130°，三刃鉆為150°。刀刃和刀尖（棱邊上）不鋒利，經(jīng)常被鈍化，或稱(chēng)倒刃或倒棱，對精度要求高，橫刃經(jīng)常修磨成S型利于斷屑。

　　2.4 刀具的檢測

　　常用對刀儀、投影儀、和萬(wàn)能刀具測量?jì)x來(lái)檢測。對刀儀對加工中心等設備的對刀準備，如長(cháng)度等，也可以檢測角度、半徑，階梯長(cháng)等參數，投影儀類(lèi)似，但是二者均不能檢測刀具后角，而萬(wàn)能測量?jì)x可以檢測大部分幾何參數，包括后角。刀刃的后角對刀具而言十分重要。后角太大，刃虛易崩、易扎刀；后角太小，則摩擦太大、切削不利。一般而言，后角隨刀具直徑的變大而減小。另外，被切削材料硬，則后角小些，否則，后角大些。

　　3 鈦合金鉆孔加工工作情況分析

　　由于鈦合金彈性回彈大，故當鉆頭刀尖接觸工件時(shí)，刀尖與工件接觸面積增大，使刀尖受軸向力增大，刀尖易造成磨損和破損。鉆頭進(jìn)入工件后由于鈦合金的徑向彈性收緊及導熱性能差，使鉆頭受較大徑向及軸向力，普通鉆頭易出現加工困難、磨損加劇的現象。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，形成溶敷，擴散而成合金，造成粘刀具，切屑不易排出，往往產(chǎn)生鉆頭被咬住、扭斷鉆頭等現象。選取專(zhuān)用鈦合金加工的高速鋼鉆頭，通過(guò)增厚鉆芯和盡量減小其長(cháng)度的方法提高剛性。對于數控加工可使用深鉆固定循環(huán)指令，使鉆頭鉆入1mm-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)給而在孔內打轉，以免引起加工硬化。實(shí)際加工中測得孔徑一般都比鉆頭直徑小0.1mm左右，這也是鈦合金材料特性的表現之一，因此鉆孔時(shí)可使用比標注直徑大0.1mm左右的鉆頭。鉆孔前需用中心鉆點(diǎn)中心孔，并在對刀機上檢查鉆頭端部，控制刀刃跳動(dòng)量小于0.02mm。

　　有螺紋底孔設計的應提出公差要求，在滿(mǎn)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，如有必要鉆孔后可以鉸孔，以滿(mǎn)足公差要求。鈦合金材料鉆孔時(shí)需使用比底孔直徑大0.1mm左右的鉆頭，以抵消回彈量。同時(shí)需使用鋒利的鉆頭鉆底孔，減小螺紋底孔的表面硬化層。

　　鈦合金鉆削加工時(shí)使用的冷卻液最好不要使用含氯冷卻液。因為在切削過(guò)程中，切削液在高溫下分解釋放出氯氣，被鈦吸收后引起氫脆，同時(shí)，氯還可能引起鈦合金高溫應力腐蝕開(kāi)裂。鉆削淺孔時(shí)，可使用電解切削液；鉆削深孔時(shí)，可用N32機械油加煤油，配比是3：1.5，也可用硫化切削液。適當配置鈦合金加工的冷卻液可延長(cháng)切削刀具的壽命；另外禁止使用低熔點(diǎn)金屬及其合金（鉛或鋅基合金，銅、錫和鎘及合金）制作的工裝、夾他裝置必須清潔無(wú)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(diǎn)金屬。如有殘留，應使用氫氟酸和硫酸亞鐵溶液仔細清洗。裝卸清洗鈦合金工件時(shí)，必須防止油脂及指紋污染，以避免發(fā)生鹽應力腐蝕，使鈦合金工件斷裂。

　　4 國外先進(jìn)經(jīng)驗和做法

　　國外主要發(fā)展的是涂層刀具和超硬刀具材料[2]。近幾年由于國外涂層工藝和涂層方法的不斷成熟，使得涂層成分不斷復雜和多樣化，甚至針對每一種工件材料都有一種最合適的涂層材料，而且出現了梯度涂層、納米涂層、軟涂層、超硬涂層等性能更好的涂層，所以越來(lái)越多的涂層刀具已經(jīng)在國外應用到鈦合金的高速切削加工中，并顯示了良好的優(yōu)越性。由于金剛石和立方氮化硼刀具的價(jià)格非常昂貴，國內科研單位和企業(yè)基本承擔不起，沒(méi)有展開(kāi)深入的研究和廣泛的應用。而國外已經(jīng)開(kāi)始了使用金剛石和立方氮化硼刀具高速切削鈦合金的研究和應用。

　　5 結語(yǔ)

　　行業(yè)的發(fā)展對刀具的加工制造不斷提出更高要求，在目前國內投入不足情況下，細分加工情況，建立刀具修磨中心，積累加工數據不失為一個(gè)有效解決途徑.