鈦合金加工鉆削和攻絲的工藝分析

鈦合金即在工業純鈦中加入合金元素，以提高鈦的強度。鈦合金可分為三種:α鈦合金，α合金和a+β鈦合金。α+β鈦合金，如TC4(Ti一6A1一4V)，這類合金組織穩定，高溫變形性能、韌性、塑性較好，能進行淬火和時效處理使合金強化，是航空業重要的原材料。鈦合金的性能特點，主要表現在:
a)比強度高。鈦合金密度小(4.4 kg/m3)，重量輕，其比強度卻大于超高強度鋼。
b)熱強性高。鈦合金熱穩定性好，在300℃一500℃條件下，其強度約比鋁合金高10倍。
c)化學活性大。鈦的化學活性大，與空氣中的0, N, CO,水蒸氣等產生強烈的化學反應，在鈦合金表面易形成TiC及TiN硬化層。
d)導熱性差。鈦合金導熱性差，鈦合金TC4在20℃時的熱導率X=16.8 W/m.℃，導熱系數是0.036。

由于鈦合金導熱系數低，僅是鋼的114,鋁的1113,銅的1125,因而散熱慢，不利于熱平衡，特別是在鉆孔和攻絲加工過程中，散熱和冷卻效果很差，在切削區形成高溫，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，由于鈦合金變形系數小于或接近于1，這是鈦合金加工時的一個顯著特點。因此，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程加大，加速刀具磨損。此外，鈦合金化學活性高，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，切屑不易排除，往往產生鉆頭被咬住、扭斷鉆頭等現象。

通過對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，即在加工過程中及易出現燒刀、斷鉆、刀具磨損快等間題。因此，著重對鉆頭材料、鉆頭幾何參數、鉆削用量以及冷卻液等進行了研究，并較好地解決了這一間題。鉆頭材料應滿足以下要求:
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)足夠的強度和韌性。由于鉆頭和絲錐在加工鈦合金時承受很大的扭轉力和切削力。因此，必須有足夠的強度和韌性。
C)足夠的耐磨性。由于鈦合金韌性好，加工時切削刃要鋒利，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，擴散而成合金，造成粘刀、斷鉆等現象。

綜上所述，經過對常用的刃具材料W18C二4V,硬質合金(YG8)、W6Mo5C二4V3Al, W12C二4V4Mo和W2Mo9C二4VCo8等制造的鉆頭和絲錐進行試驗分析，結果表明由材料W2Mo9Cr4VCo8制造的鉆頭和絲錐加工鈦合金時刃口鋒利、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，與該材料的化學成分有關(材料化學成分見表幼。該材料含有7. 5%-8. 5%的金屬元素鉆。鉆的主要作用是能加強二次硬化的效果，提高紅硬性和熱處理后的硬度，同時，具有良好的散熱性。因此，含鉆高速鋼具有高的切削加工件能。