怎样对钛合金攻丝.doc

钛合金攻丝钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序，特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大，约为45号钢的2倍；丝锥刀齿过快地磨损、崩刃，甚至被“咬死”在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小，螺纹表面产生很大的回弹，使丝锥与工件接触的面积增大，造成很大的摩擦扭矩，磨损加剧；另外，切屑细小不易拳曲，有粘刀现象，造成排屑困难。因此，解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。（1）普通丝锥：必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为：增大容屑空间，减少齿数；在校准齿上留出0.20.3 mm的刀带后，将后角加大到2030，并沿丝锥全长磨去齿背中段；保留23扣校准齿后将后部的倒锥由0.050.2 mm/100 mm增大至0.160.32 mm/100 mm。当其他条件完全相同时，若将齿背宽度减小（磨去）1/22/3，攻丝扭矩下降1/41/3。 （2）修正齿丝锥：修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法，工作原理如图7-6所示。由图可知，修正齿丝锥的齿形角0小于螺纹齿形角1，使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角=（1-0）/2，并将丝锥螺纹做出较大的倒锥，使得摩擦扭矩大大减小，同时也利于切削液的冷却润滑。 标准丝锥的倒锥是从校准齿开始的，倒锥量为（0.050.2）mm/100 mm；修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始，并且倒锥数值远大于标准丝锥，如r =730的修正齿丝锥可达1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大，修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用，在切削锥前端时必须做出圆柱导向部，以避免丝锥刚攻入时产生歪斜，圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图7-7是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。（3）跳牙丝锥：跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣，其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积，使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝，相邻螺扣侧刃之间有较宽绰的空间，改善了容屑和切削液进入切削区的条件，提高了丝锥的耐用度；同时在制造丝锥时，砂轮外缘顶部也不需过分尖锐，改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图7-8。在相同的切削条件下经试验比较，跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的3050，修正齿丝锥的3560，耐用度比修正齿丝锥高13倍，用跳牙丝锥对钛合金攻丝效果最好。 （4）螺纹底孔：对钛合金攻丝一般按牙高率（螺孔实际牙型高度与理论高度的比率）不超过70为依据来选取底孔直径大小，即螺纹底孔直径d1=d0-0.757 8p（d0为螺纹公称尺寸，p为螺矩）。小直径或粗牙螺纹牙高率可取大一些，被加工材料强度低或螺纹深度小于螺纹基本直径时，可适当增大牙高率，但过大会增大攻丝扭矩，甚至折断丝锥。为保证攻丝精度和表面质量，螺纹底孔应为铰后的孔。钛合金的攻丝速度要根据材料的类型和硬度来确定。钛合金的攻丝速度一般取Vc=7.512 m/min，+钛合金取Vc=4.56 m/min，钛合金取Vc=23.5 m/min；钛合金的硬度HB350时选用较高的切削速度，反之选用较低的切削速度。对钛合金攻丝时，一般用含Cl、P的极压切削液效果较好，但含Cl的极压切削液攻丝后必须清洗干净，防止零件晶间腐蚀；也可用蓖麻油60、煤油40的混合油作切削液。钻孔为半封闭式切削，对钛合金钻孔过程中切削温度很高，钻孔后回弹大，钻屑长而薄，易粘结而不易排出，经常造成钻头被咬住、扭断等恶性事故。因此要求钻头具有高的强度和好的刚性，钻头与钛合金的化学亲和性要小，最好采用硬质合金钻头，但目前最常用的仍是麻花钻，经过采取一些措施改进后，也能取得较好的效果。 (1)改进钻头：为满足对钛合金钻孔的需要，应对麻花钻采取以下改进措施： 加大钻头顶角，2=135140；增大钻头外缘处后角，取1215；增大螺旋角，p=3540；增大钻心厚度，取(0.220.4)do(do为钻头直径)。 采用“S”形或“X”形修磨钻头横刃，横刃长度b=(0.080.1)do，同时保证横刃的对称度0.06 mm。两种形式的横刃均可形成第二切削刃，起到分屑作用和减小钻孔时的轴向力。最常用的是在麻花钻上磨出适于对钛合金钻孔的切削刃形，即钛合金群钻，其切削部分的形状见图7-1。图中外内刃顶角2和2在钻头直径do310mm时均为130140，do1030 mm时为125140；外刃后角在do310 mm时为1218，do1030 mm时为1015；横刃斜角=45；内刃前角=-10-15；内刃斜角=1015；圆弧刃后角aR=1820。 钛合金群钻的有关参数和钻削用量见表7-8和表7-9。钛合金钻削和攻丝的工艺分析及研究摘 要：主要叙述了钛合金的性能特点，同时分析了影响钛合金钻削和攻丝加工的主要因素，并提出改进钛合金钻削和攻丝加工的工艺参数和相应措施。 关键词：钛合金；钛合金钻削；钛合金攻丝 0 引言 钛合金材料重量轻，密度是4.4 kg/m3,比强度高，是航空航天等领域的重要金属材料。但其加工性能较差，特别是钻孔和攻丝的效率很低，在很大程度上制约着产品中钛合金零件的加工质量和生产效率。这里分析了钛合金材料及其切削特性在钻孔和攻丝中表现出来的具体特点，特别对刀具材料、刀具结构和刀具几何参数等进行了反复研究和试验，并采取了相应措施，较好地解决了钛合金钻削和攻丝加工过程中存在的难题。 1 钛合金性能特点和加工特性分析 1.1 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：钛合金，钛合金和+钛合金。+钛合金,如TC4(Ti-6Al-4V)，此种钛合金由和双相组成，这类合金组织稳定，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(4.4 kg/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 条件下，其强度约比铝合金高10倍。 c)化学活性大。钛的化学活性大，与空气中的O、N、CO、水蒸气等产生强烈的化学反应，在钛合金表面易形成TiC及TiN硬化层。 d)导热性差。钛合金导热性差，钛合金TC4在20 时的热导率=16.8 W/m，导热系数是0.036 cal/(cms)。1.2 钛合金加工特性分析 由于钛合金导热系数低，仅是钢的1/4、铝的1/13、铜的1/25，因而散热慢，不利于热平衡，特别是在钻孔和攻丝加工过程中，散热和冷却效果很差，在切削区形成高温，加工后回弹大，造成钻头和丝锥扭矩增大，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1，这是钛合金加工时的一个显著特点。因此，切屑在前刀面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，即在加工过程中及易出现烧刀、断钻、刀具磨损快等问题。因此，着重对钻头材料、钻头几何参数、钻削用量以及冷却液等进行了研究，并较好地解决了这一问题。2.1 钻头材料 钻头材料应满足以下要求： a)足够的硬度。钻头和丝锥的硬度必须大于钛合金的硬度。 b)足够的强度和韧性。由于钻头和丝锥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，因此刀具材料必须有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。 综上所述，经过对常用的刃具材料W18Cr4V、硬质合金(YG8)、W6Mo5Cr4V3Al、W12Cr4V4Mo和W2Mo9Cr4VCo8等制造的钻头和丝锥进行试验分析，结果表明由材料W2Mo9Cr4VCo8制造的钻头和丝锥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。 W2Mo9Cr4VCo8(M42)属于高速钢的一种，用该材料制造的钻头和丝锥之所以适合加工钛合金，与该材料的化学成分有关(材料化学成分见表1)。该材料含有7.5%8.5%的金属元素钴。钴的主要作用是能加强二次硬化的效果，提高红硬性和热处理后的硬度，同时，具有良好的散热性。因此，含钴高速钢具有高的切削加工性能。 2.2 改变钻头几何参数 钛合金的加工特性决定标准麻花钻头钻削加工钛合金时存在许多问题，主要表现： a)钻头顶角2小，切削刃长，切下的切屑宽，因而钻头扭矩大，轴向抗力也大。同时，切屑卷曲成螺旋状程度大，切屑所占的空间也大，排屑不顺畅，影响冷却。 b)钻头钻心厚度K小。由于钻削加工钛合金时钻头承受很大扭矩和轴向抗力。钻心厚度小，则钻头强度低，钻头易折断。 c)钻头螺旋角小。螺旋角直接影响主切削刃的前角。螺旋角大，则刃口锋利，切削轻快，否则会造成加工硬化。 d)钻头外缘处后角f小,影响钻心处切削刃的前角。 钻头的各基本参数见图1。 2.2.1 增大钻头顶角2 a) 钻头顶角决定切屑宽度和钻头前角的大小。当钻头直径和进给量一定时，增大顶角2，则切削宽度变窄，单位切削刃上的负荷减轻。同时，钻头外圆处的刀尖角减小，减小了刀尖角的磨损速度，同时有利于散热，耐用度也得到提高(见图2)。 b) 顶角对前角有很大影响。当顶角等于90时，主截面为轴向截面，其前角就是某点所处的螺旋角。因此,增大顶角2有利于改善钻心处的切削条件。 c) 顶角影响切屑流出的方向。顶角大，切屑卷曲成螺旋的程度减小，且比较平直，容易排除，即提高了排屑性能。 通过分析试验，在加工钛合金时,采取增大钻头顶角2, 2范围是135140，结果表明钻削效果良好。 2.2.2 选择合适的钻头螺旋角 a) 钻头螺旋角直接影响主切削刃前角的增加和减小。角增加,前角也增加,切削轻快, 易于排屑,扭矩和轴向力也小。见图3。式中，D为钻头直径；P为螺旋槽导程。 b) 由上式看出，切削刃上各点角是变化的。靠近外圆处角最大，前角也最大，切削刃锋利，切削性能好。而靠近钻心处角最小,切削性能较差, 将通过此处磨成圆弧状，以改善切削条件。 随角增加，切削刃强度减弱，磨损快，甚至会发生切削刃烧毁等现象。因此合理选择角，以适合钛合金钻削加工。 通过分析试验，增大后钻头的螺旋角见表2。 2.2.3 增大钻心厚度 由于在钻削加工钛合金时钻头承受很大扭矩和径向抗力，特别是小直径钻头，容易折断，因此增大钻心厚度,以提高钻头强度。钻心厚度一般为： 式中，D为钻头直径。 2.2.4 增大钻头外缘处后角 钻头切削刃各点上的后角是不等的,愈接近中心,其后角愈大，因此,钻头后角的标注和要求,都以钻头外缘处为准，见图4(计算略)。 由于切削表面为螺旋面，切削刃上任一点的切削速度的方向为螺旋线，由展开图5可以看出，实际后角减小了一个角。其大小由下式计算：式中，f为钻头走刀量；D为钻头在该点的直径。 由上式看出，走刀量增加，切削刃上的点愈接近中心，角愈大,钻头实际后角愈小。这就要求有不等的后角，由此向钻心逐渐增加。为了适合钛合金加工，总结出的后角f见表3。增大钻头外缘处后角,可以使横刃锋利,改善切削性能。特别是对钻心处的钻削加工有明显改善。 2.2.5 钻头加工成倒锥K 钻头加工成倒锥,减小棱带同孔壁摩擦，使钻头切削时扭矩减小.倒锥角度见表4。 经过分析试验,按照上述几何参数加工的钻头钻削加工钛合金时效果良好，效率可提高40%左右。2.3 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。表5是钻削加工钛合金的钻削用量。 效果：我单位在钛合金上钻削4.2, 5, 8, 12, 23孔,一次钻出效率比标准麻花钻头有显著提高。例如：钻孔直径4.2，深18 mm，钻一个孔约需4 min，约钻2530个孔，刃磨一次；钻孔直径5，深18 mm，钻一个孔约需4 min，约钻2530个孔，刃磨一次；钻孔直径8，深20 mm，钻一个孔约需8 min，约钻1822个孔，刃磨一次；钻孔直径12，深20 mm，钻一个孔约需14 min，约钻1520个孔，刃磨一次； 钻孔直径23，深24 mm，钻一个孔约需24 min，约钻1015个孔，刃磨一次。2.4 冷却液 钻削和攻丝加工钛合金时最好不用含氯的冷却液，避免产生有毒物质和引起氢脆。钻削浅孔时，可用电解切削液，其成分是：葵二酸7%10%，三乙醇胺7%10%，甘油7%10%，硼酸7%10%，亚硝酸钠3%5%，剩余为水。 钻削深孔时，用N32机械油加煤油，配比是3:1.5，也可用硫化切削液。 3 钛合金的攻丝加工 钛合金攻丝加工，特别是小孔攻丝加工是很困难的。其主要原因是由于钛合金导热系数低，在攻丝加工过程中，切削区形成高温，造成钛合金热膨胀，另外,钛合金加工后回弹大,孔壁挤压丝锥，甚至将牙型面包住，丝锥不能转动,否则将丝锥折断。 经过大量分析试验，最后主要通过改进丝锥结构形式和选择适合钛合金刀具材料,解决了这一难题。 3.1 丝锥材料 丝锥材料同钻头材料。 3.2 丝锥结构形式 标准丝锥一次切削成形，切削量大，扭矩也大，孔壁热膨胀和回弹后,丝锥转动困难。为了解决这一问题，改进了丝锥的结构形式,将标准丝锥的一次切削加工,分为、三锥切削，同时，将丝锥加工成跳齿型，很好地解决了断屑问题，切削轻快，效果非常好,效率大大提高，冷却效果也得到了改善。M5跳齿丝锥的结构形式，见图6。跳齿丝锥的几何参数，见表6。 丝锥的技术条件：a)切削部分的硬度HRC62-64，其余HRC32-42；b)刀齿宽度的2/3沿螺纹齿形铲成030。3.3 螺纹底孔设计 根据钛合金的特性,加工螺纹底孔时,孔径公差可放大一些。螺纹公差带位置和精度等级确定后，在满足内螺纹小径D1公差等级的情况下，适当加大螺纹底孔直径，冷却后螺纹底孔的收缩量，能够抵消这一部分的加大量，加工后的螺纹满足设计精度要求。由于不同牌号的钛合金、不同的锻造热处理方法、不同的结构形式等原因，螺纹底孔加大的量也不同，根据具体情况进行试加工来确定。3.4 冷却液 钛合金攻丝时使用的冷却液与钻削加工时使用的冷却液相同。 4 结束语 通过对钛合金的特性分析,重点解决了钛合金钻削和攻丝加工过程中存在的难题,并取得良好效果,得出如下结论： (1) W2Mo9Cr4Vo8材料的钻头和丝锥适合钛合金加工； (2) 改进钻头几何参数,可使钛合金零件的加工效率有显著的提高； (3) 改进丝锥结构形式, 可使钛合金零件的加工效果得到明显的改善； (4) 配制适合钛合金加工的冷却液，可延长切削刀具的寿命。钛合金的切削加工1 钛合金可分为哪几类? 钛是同素异构体，熔点为1720，在低于882时呈密排六方晶格结构，称为钛；在882以上呈体心立方品格结构，称为钛。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类： (1) 钛合金：它是相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500600的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 (2) 钛合金：它是相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达13721666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 (3) +钛合金：它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50100；高温强度高，可在400500的温度下长期工作，其热稳定性次于钛合金。 三种钛合金中最常用的是钛合金和+钛合金；钛合金的切削加工性最好，+p钛合金次之，钛合金最差。钛合金代号为TA，钛合金代号为TB，+钛合金代号为TC。 2钛合金有哪些性能和用途？ 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过0.1，但其强度低、塑性高。99.5工业纯钛的性能为：密度=4.5g/cm3，熔点为1800，导热系数=15.24W/(m.K)，抗拉强度b=539MPa，伸长率=25，断面收缩率=25，弹性模量E=1.078105MPa，硬度HB195。(1) 比强度高：钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2) 热强度高：对于钛合金，在350时TA6的巩达422MPa、TA7的b达491MPa，在500时TA8的b达687MPa；对于+钛合金，在400时TC4的b达618MPa、TC10的b达834 MPa，在450时TC6和TC7的b均达589MPa、TC8的b达706MPa，在500时TC9的b达785MPa。这两类钛合金在150500范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500，铝合金则在200以下。 (3) 抗蚀性好：钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。 (4) 低温性能好：钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。在-100和-196时TA4的b分别为893MPa和1207MPa，在-196和-253时TA7的b分别为1216MPa和1543MPa、TC1的b分别为1133MPa和1354MPa、TC4的b分别为1511MPa和1785MPa。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 (5)化学活性大：钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于0.2时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.10.15 mm，硬化程度为2030。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 (6)导热系数小、弹性模量小：钛的导热系数=15.24W(m.K)，约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，不宜制作细长杆和薄壁件，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的23倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。 钛合金的牌号、性能见表7-2。 3钛合金有哪些切削特点？ 钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削。但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。钛合金有如下切削特点： (1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。 (2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/51/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。 (3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20，由于切屑与前刀面的接触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。 (4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损，是切削钛合金时的一个很重要特点。 (5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损。车削钛合金时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重；进给量f0.2 mm/r时，前刀面将出现磨损；用硬质合金刀具精车和半精车时，后刀面的磨损以VBmax0.4 mm较合适。 4切削钛合金时怎样选择刀具材料？ 切削加工钛合金应从降低切削温度和减少粘结两方面出发，选用红硬性好、抗弯强度高、导热性能好、与钛合金亲和性差的刀具材料，YG类硬质合金比较合适。由于高速钢的耐热性差，因此应尽量采用硬质合金制作的刀具。常用的硬质合金刀具材料有YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643、YS2T和YD15等。 涂层刀片和YT类硬质合金会与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金；对于复杂、多刃刀具，可选用高钒高速钢(如W12Cr4V4Mo)、高钴高速钢(如W2Mo9Cr4VCo8)或铝高速钢(如W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al)等刀具材料，适于制作切削钛合金的钻头、铰刀、立铣刀、拉刀、丝锥等刀具。采用金刚石和立方氮化硼作刀具切削钛合金，可取得显著效果。如用天然金刚石刀具在乳化液冷却的条件下，切削速度可达200 m/min；若不用切削液，在同等磨损量时，允许的切削速度仅为100m/min。 5切削钛合金时怎样选择刀具几何参数？ (1)前角0：钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取0=515。 (2)后角0：钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重，采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘附、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金刀具的后角基本上都大于等于15。 (3)主偏角r和副偏角r：切削钛合金时切削温度高、弹性变形倾向大，在工艺系统刚性允许的条件下，应尽量减小主偏角，以增加切削部分的散热面积和减小切削刃单位长度上的负荷，一般采用r=30，粗加工时取r=45。减小副偏角可以加强刀尖，有利于散热和降低加工表面粗糙度值，一般取r =1015。 (4)刃倾角s：由于毛坯有硬皮和表层组织不均匀，粗车时切削刃容易崩损，为了增加切削刃的强度和锋利程度，应加大切屑的滑动速度，一般取s =-3-5，精车时s =O。 (5)刀尖圆弧半径r：切削钛合金时刀尖是最薄弱的部分，容易崩掉和磨损，需磨出刀尖圆弧，一般r=0.51.5mm。 车削时采用负倒棱(b=0.030.05 mm，01=-100)，断(卷)屑槽的槽底圆弧半径Rn=68 mm。 另外，刀具刃磨质量对提高其耐用度也十分重要。硬质合金刀具宜用金刚石砂轮刃磨，切削时刃口必须锋利，前后刀面的表面粗糙度Ra值应小于0.4um，刃口部分不允许有微小的缺口。刀具刃磨后进行研磨，其耐用度可提高30。 6切削钛合金时怎样选择切削用量？ 切削钛合金时，切削温度高、刀具耐用度低，切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因此应力求使所选择的切削速度下产生的切削温度接近最佳范围。高速钢刀具切削钛合金时的最佳切削温度约为480540，硬质合金刀具约为650750。切削钛合金一般采用较低的切削速度、较大的切削深度和进给量。 (1)切削速度Vc：切削速度对刀具耐用度影响最大，最好能使刀具在相对磨损最小的最佳切削速度下工作。切削不同牌号的钛合金，由于强度差别较大，切削速度应适当调整。切削深度对切削速度也有一定影响，应根据不同的切削深度来确定切削速度的大小，核正系数见表7-3和表7-4。 (2)进给量f：进给量对刀具的耐用度影响较小，在保证加工表面粗糙度的条件下，可选较大的进给量，一般取f=0.10.3 mm/r。进给量太小，使刀具在硬化层内切削，增加刀具磨损，同时极薄的切屑在高的切削温度下容易自燃，因此不允许f310mm时均为130140，do1030 mm时为125140；外刃后角在do310 mm时为1218，do1030 mm时为1015；横刃斜角=45；内刃前角=-10-15；内刃斜角=1015；圆弧刃后角aR=1820。 钛合金群钻的有关参数和钻削用量见表7-8和表7-9。在钻头上做出四条导向刃带，加大钻头截面惯性矩，提高刚性，还自然地形成两条辅助冷却槽，耐用度比标准钻头提高3倍左右，切削温度约降低20。同时由于导向稳定减小了孔扩张量，如3 mm的四刃带钻头钻孔孔扩张量为0.030.04 mm，而标准钻头为0.050.06 mm。 (2)选择适宜的枪钻：在钻钛合金长径比大于5的深孔时，当孔径小于等于30 mm时，一般采用硬质合金枪钻，见图7-2；当孔径大于30 mm时，采用硬质合金BTA钻头或喷吸钻等。用图7-2所示枪钻钻削TC11的孔，孔深204 mm(长径比约为26)，可保证表面粗糙度Ra为1.6 m，生产率提高4倍，切屑呈“梅花”形或“C”形碎屑，排屑正常。 用硬质合金枪钻钻长径比大于30的深孔时，在轴向施加小于100Hz的振动进行振动钻孔，可使得工件表面粗糙度Ra为0.3 m，生产率提高5倍。具体参数为Vc=17 m/min，f=0.033 min/r，振幅为0.07 mm，频率35 Hz，工件圆度4 m，表面粗糙度Ra为0.33 m。 (3)选择合适的切削液：钻浅孔时可选用电解切削液，其成分为癸二酸710，三乙醇胺710，甘油710，硼酸710，亚硝酸钠35，其余为水。钻深孔时不宜选用水基切削液，因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡，易产生积屑瘤，使钻孔不稳定。宜采用N32机油加煤油，其配比为3:1或3:2，也可采用硫化切削油。 11怎样对钛合金进行铰孔？ 用高速钢和YG类硬质合金制作的铰刀都可用于钛合金零件上铰孔。高速钢铰刀主要用于纯钛铰孔，YG类硬质合金铰刀主要用于钛合金铰孔。钛合金铰刀有直齿铰刀、阶梯铰刀和带刃倾角的阶梯铰刀三种，直齿铰刀铰出的工件孔径最大，阶梯铰刀次之，带刃倾角的阶梯饺刀最小。阶梯铰刀的第一锥在切削的同时为第二锥起了导向作用，也为第二锥留下了极为稳定的余量，实际上起到了粗铰和精铰的作用；带刃倾角的阶梯铰刀在刃倾角的作用下，提高铰孔过程的平稳性，并使切屑向下排出，不会摩擦、划伤孔壁，因而铰出的孔径精度比阶梯铰刀更高些。 钛合金铰刀的几何参数一般选用前角0=05，硬质合金铰刀取小值；后角0=1015；切削锥角r=1530。阶梯铰刀的第二锥角为15，刃倾角s=-15。为了加大钛合金铰刀的容屑空间，齿数应少于标准铰刀，齿槽角=8590。各种钛合金铰刀参数见图7-3、图7-4和图7-5。 钛合金铰刀的直径由铰出孔的扩张量大小来确定，一般高速钢铰刀扩张量取0.008mm，硬质合金铰刀扩张量取0.006mm。 对钛合金铰孔时，粗铰余量2p=0.150.5 mm，精铰余量2p =0.10.4 mm，直径小时取小值，反之取大值。硬质合金铰刀的切削用量Vc=1550 m/min，f=0.10.5mm/r，铰孔直径大时取大值，反之取小值。高速钢铰刀的铰削用量见表7-10。 铰削钛合金时，最好使用切削液，常用的是电解切削液或混合油(成分为蓖麻油60和煤油40)。 12对钛合金拉削时应注意哪些问题？ 首先，根据钛合金材料的特性和切削特点，在拉刀设计时应注意以下几个方面的问题： (1)拉刀的前后角直接影响拉刀的切削效果。用高速钢制作的拉刀前角一般取0=1020，硬质合金拉刀0=815。用于外拉的拉刀切削齿后角p =1012，校准齿后角k =810；用于内拉的切削齿后角p =58，校准齿后角k=23；高速钢和硬质合金拉刀的这两个后角相同。对于粗拉刀前后角用小值，精拉刀用大值。 (2)钛合金拉刀只要条件允许应尽可能做出刃倾角，一般取s=510。 (3)拉刀前后刀面的粗糙度Ra0.32 m。 (4)校准齿上尽可能不留刃带，若需要时，其宽度应小于等于0.12 mm。 (5)由于钛合金的弹性模量小，加工后回弹大，开槽拉刀刀齿宽度至少应等于或稍大于槽宽的下限尺寸，以免拉出的槽窄达不到要求。 (6)拉刀卷屑台的形式与拉削高温合金的基本相同。 (7)钛合金拉刀的磨钝标准一般为：粗拉刀VB0.30.4 mm，精拉刀VB0.150.2 mm。 再就是选用合理的拉削用量，在保证刀具耐用度的前提下提高生产效率。高速钢拉刀的拉削速度Vc=4.56 m/min，粗拉刀的齿升量为0.060.10 mm，精拉刀为0.020.04 mm；硬质合金拉刀的拉削速度Vc=1530 m/min，粗拉刀的齿升量为0.080.12 mm，精拉刀为0.030.04mm。 拉削钛合金工件时必须使用切削液，一般采用油基切削液，常用的是混合油(蓖麻油60，煤油40)。还可选用另一种切削油，其成分为：聚醚30，酯类油30，N7机械油30，防锈添加剂和抗泡沫添加剂10。 13怎样对钛合金进行攻丝？ 钛合金攻丝是钛合金切削加工中最困难的工序，特别是攻制小螺纹。这种困难主要表现在攻丝时的总扭矩大，约为45号钢的2倍；丝锥刀齿过快地磨损、崩刃，甚至被“咬死”在螺纹孔内而折断。这是由于钛合金的弹性模量太小，螺纹表面产生很大的回弹，使丝锥与工件接触的面积增大，造成很大的摩擦扭矩，磨损加剧；另外，切屑细小不易拳曲，有粘刀现象，造成排屑困难。因此，解决钛合金攻丝问题的关键是减小攻丝时丝锥与工件的接触面积。 (1)普通丝锥：必须经过技术处理后方能攻制钛合金螺纹。对普通丝锥进行处理的措施为：增大容屑空间，减少齿数；在校准齿上留出0.20.3 mm的刀带后，将后角加大到2030，并沿丝锥全长磨去齿背中段；保留23扣校准齿后将后部的倒锥由0.050.2 mm/100 mm增大至0.160.32 mm/100 mm。当其他条件完全相同时，若将齿背宽度减小(磨去)1/22/3，攻丝扭矩下降1/41/3。 (2)修正齿丝锥：修正齿丝锥是把标准丝锥的成形法加工螺纹改为渐成法，工作原理如图7-6所示。由图可知，修正齿丝锥的齿形角0小于螺纹齿形角1，使丝锥齿侧与被切螺纹侧表面形成一侧隙角=(1-0)/2，并将丝锥螺纹做出较大的倒锥，使得摩擦扭矩大大减小，同时也利于切削液的冷却润滑。 图中各角度间的关系式为：tan=tan r (tan(1/2)cot(0/2) -1) 设计攻制普通螺纹的修正齿丝锥时，为检验方便，一般取丝锥齿形角0=55，切削锥角可在230730之间选取。 标准丝锥的倒锥是从校准齿开始的，倒锥量为(0.050.2)mm/100 mm；修正齿丝锥的倒锥则是从第一个切削齿开始，并且倒锥数值远大于标准丝锥，如r =730的修正齿丝锥可达1.437 mm/100 mm。由于倒锥量加大，修正齿丝锥的校准部分便起不了导向作用，在切削锥前端时必须做出圆柱导向部，以避免丝锥刚攻入时产生歪斜，圆柱导向部的公称尺寸及公差取决于攻丝前的底孔尺寸。图7-7是修正齿丝锥的结构和几何参数示例。修正齿丝锥攻制的螺纹表面粗糙度不如成形式丝锥。 (3)跳牙丝锥：跳牙丝锥是在切削齿和校准齿上相间地去掉螺扣，其最大的特点是有效地减小了丝锥与工件的接触面积，使攻丝扭矩显著下降。由于间齿攻丝，相邻螺扣侧刃之间有较宽绰的空间，改善了容屑和切削液进入切削区的条件，提高了丝锥的耐用度；同时在制造丝锥时，砂轮外缘顶部也不需过分尖锐，改善了磨削条件。跳牙丝锥示意图见图7-8。 在相同的切削条件下经试验比较，跳牙丝锥的攻丝扭矩约为标准丝锥的3050，修正齿丝锥的3560，耐用度比修正齿丝锥高13倍，用跳牙丝锥对钛合金攻丝效果最好。 (4)螺纹底孔：对钛合金攻丝一般按牙高率(螺孔实际牙型高度与理论高度的比率)不超过70为依据来选取底孔直径大小，即螺纹底孔直径d1=d0-0.757 8p(d0为螺纹公称尺寸，p为螺矩)。小直径或粗牙螺纹牙高率可取大一些，被加工材料强度低或螺纹深度小于螺纹基本直径时，可适当增大牙高率，但过大会增大攻丝扭矩，甚至折断丝锥。为保证攻丝精度和表面质量，螺纹底孔应为铰后的孔。 钛合金的攻丝速度要根据材料的类型和硬度来确定。钛合金的攻丝速度一般取Vc=7.512 m/min，+钛合金取Vc=4.56 m/min，钛合金取Vc=23.5 m/min；钛合金的硬度HB350时选用较高的切削速度，反之选用较低的切削速度。 对钛合金攻丝时，一般用含Cl、P的极压切削液效果较好，但含Cl的极压切削液攻丝后必须清洗干净，防止零件晶间腐蚀；也可用蓖麻油60、煤油40的混合油作切削液。 14磨削钛合金有哪些特点？ (1)磨削力大：磨削钛合金时，和一般磨削规律一样，径向力大于切向力。在相同条件下磨削TC9的径向分力几乎比45号钢大4倍，切向分力大80左右。 (2)磨削温度高：钛合金磨削时滑擦过程所占比重大，产生强烈的摩擦，急剧的弹性、塑性变形和大量的热量，致使磨削区的温度很高。在相同条件下，磨削TC9的磨削温度为45号钢的1.52倍，最高时可达1000。 (3)砂轮磨损失效：磨削钛合金时，除粘结、扩散外，钛合金与磨粒之间起化学作用，从而加速了砂轮的磨损过程。观察磨削后的砂轮，钛呈云雾状分布，几乎看不到砂轮磨粒。 (4)表面质量不易保证：钛合金磨削时，工件表面容易产生有害的残余拉应力和表面污染层，表面粗糙度数值较大。磨后表面残余拉应力数值大小随磨削用量的加大而增大，磨削速度是残余应力的主要影响因素。 (5)生产率低：在保证所要求的零件加工精度的条件下，很难获得较高的生产率。磨削时砂轮容易变钝失效，磨削比很低，在相同条件下磨削Tc4的磨削比只有1.53，而45号钢为71.5，约为45号钢的1/47。 15磨削钛合金时怎样选择砂轮？ (1)磨料的选择：白刚玉WA砂轮一般只能在Vc10 m/s的条件下磨削钛合金，因为Vc加大会使磨削温度升高，钛合金表层会发生组织转变；而且在高温下很容易吸收空气中的氧形成氧化钛，并与Al2O3生成固溶体，因而增大了钛与Al2O3的粘附结合力，加剧砂轮的粘结磨损。 绿碳化硅GC及铈碳化硅CC磨料与钛合金粘附较轻，尤以CC砂轮的磨削力小且磨削温度低。采用混合磨料(以GC及CC为主磨料，以铬刚玉PA、单晶刚玉SA、锆刚玉ZA或微晶刚玉MA为副磨料)磨削效果能得到很大提高，磨削温度降低到600以下，磨削比可达12。 采用人造金刚石JR和立方氮化硼CBN超硬磨料磨削钛合金效果最好。CBN砂轮磨削钛合金的磨削比比采用混合磨料高5060倍，且工件表层残余应力几乎都为压应力，陶瓷CBN砂轮磨削效果见表7-11。 (2)粒度和硬度的选择：粒度和硬度都影响磨削比，粒度的影响大些。磨削钛合金时，常用粒度号为36号80号的磨料、硬度为KM的砂轮；较软的砂轮磨削力较小且磨削温度较低，但磨损较大。实践证明，既能减小磨削力又能适当提高磨削比，采用粒度为80号、硬度为J的砂轮为宜。 (3)结合剂的选择：磨削钛合金的砂轮一般选用陶瓷结合剂V，这种结合剂的砂轮磨削力比较大；对大而薄的砂轮选用橡胶结合剂R，可降低磨削温度和磨削力。 (4)组织的选择：采用中等偏疏松或疏松的砂轮组织58号为宜。成型磨削及精密磨削时，为保持砂轮型面及磨削表面粗糙度，可选用组织较为紧密的砂轮。 磨削钛合金时，不同磨削方式使用砂轮的具体选择见表7-12。 16磨削钛合金时怎样选择磨削用量？ 由于钛合金的磨削温度高，再加上钛合金的化学活性大，工件表层组织很容易发生相变，而且容易产生有害的残余拉应力，会降低零件的疲劳强度，因此在选择钛合金的磨削用量时首先要考虑的是降低磨削温度。磨削速度对磨削温度的影响最大，即磨削钛合金时的速度不宜太高。具体的钛合金磨削用量见表7-13。 17磨削钛合金时怎样选择磨削液？ 磨削钛合金时，要求磨削液具有冷却、润滑和冲洗作用，更重要的是应具有抑制钛与磨料的粘附作用和化学作用。目前用得较多的是水溶性磨削液，有亚硝酸钾溶液、亚硝酸钾和甲酸钠溶液、亚硝酸钠溶液、亚硝酸钠和甲酸钠溶液、亚硝酸胺溶液等。使用含极压添加剂S、Cl、P的极压油，效果较好，尤以氯(Cl)极压油效果最好，但磨后应清洗零件，以防降低零件的抗疲劳强度。 对于缓进给磨削推荐选用下述配方制备磨削液：亚硝酸钠1，苯甲酸钠0.5，甘油0.5，三乙醇胺0.4，水(其余)。使用立方氮化硼CBN砂轮磨削时不宜使用水溶性磨削液，因BN与水在800左右会起化学反应，造成砂轮过快磨损(BN+H2OH2BO3+NH3)。 使用磨削液时，应特别注意流量要足够大，每毫米砂轮宽度一般不低于0.5 L/min。砂轮线速度越高，流量应越大。水箱容量一般为流量的1.53倍，以保持磨削液处于较低的温度。另外，钛合金的磨削温度较高，钛屑容易引起自燃，在使用油剂磨削液时，应注意防止发生火灾。 18钛合金有哪些其他的磨削方法？ 磨削钛合金除了常用的普通磨削法外，还可采用缓进给磨削法和低应力磨削法。 (1)缓进给磨削法：钛合金的缓进给磨削的特点与高温合金类同，有关的详细情况参照高温合金的缓进给磨削部分。钛合金的缓进给磨削一般选用GC60GJV的砂轮，磨削速度Vc=2830 m/s，工件速度Vw=70 mm/min，磨削深度p=12 mm。工件表面粗糙度值要求较小时，应采用较硬的砂轮；成形磨削时，可用金刚石滚轮或钢滚轮来修整砂轮。(2)低应力磨削法：钛合金的低应力磨削是靠减小磨去单位体积金属消耗的能量，来降低磨后工件表层的残余拉应力，消除烧伤、变形和裂纹，很适合钛合金的磨削。低应力磨削应采取以下措施：使用较软的砂轮，经常保持砂轮和修整工具的锋利，减小径向进给量(或磨削深度)，降低磨削速度，大量充分使用性能好的磨削液。但此法生产率低，只适用于承受很高应力的零件(如：高循环应力或在腐蚀条件下工作的零件)，用这种磨削法可提高零件的疲劳强度。其磨削用量见表7-14。