钛合金钻削和攻丝的工艺分析及研究0拉丝模

钛合金钻削和攻丝的工艺分析及研究

钛合金钻削和攻丝的工艺分析及研究 2011年12月09日 来源： 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/m3,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：α钛合金，β钛合金和α+β钛合金。α+β钛合金,如TC4(Ti-6Al-4V)，此种钛合金由α和β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λ=16.8 W/m·℃，导热系数是0.036 cal/(cm·s·℃)。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2Ψ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β小

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