鑽削試驗鎳基合金、鈦（tài）合（hé）金廣泛應用於航天、航空、石油、汽車、儀器等行業中。和普通鋼材相比, 鎳基合金、鈦合金具有一般材料所無法比擬的性（xìng）能優點, 但也給這些材料（liào）的加工帶來了困難。為此鎳基合金和鈦合金（jīn）工件的深孔加工技術成為工藝設計的重（chóng）要課題之一。

      1 鎳基合（hé）金和鈦合金的性能特性

      1.1 鎳基合金性能特性

      由於（yú）鎳基合金的主要成分為鎳和鉻（gè）, 另外（wài）還添加有少量其它元素: 鉬、鉭、铌、鎢等, 值得（dé）注意的是, 鉭（tǎn）、铌、鎢等也是用來製造硬質合金（jīn）( 或高速鋼) 刀具的主要成分[2]。所以具有如下（xià）特點:( 1) 加工硬化傾向大。比如GH4169未強化處理的基體硬度約（yuē）HRC37, 切削後表麵產生0.03mm 左右的硬化層, 硬（yìng）度增加到HRC47 左右。加工（gōng）硬化現象對（duì）刀具壽（shòu）命有很大影響, 通常（cháng）會產生嚴重的邊界磨損;( 2) 切削力大（dà）。未強化處理的高溫合金單位切（qiē）削力在4000N/mm2 以上, 而普通合金鋼僅2500N/mm2;( 3) 材料導熱性差。切削高溫合金時產生的大量切削熱由刀具承受, 將導（dǎo）致切（qiē）削刃產生塑性變形、粘結與擴散磨損。

      1.2 鈦合金性能特性

      鈦合金密度小( γ=4.5×103kg/m3) , 強（qiáng）度高( "b=900~1100MPa), 其比強度大大超過高強度鋼[2]。熱強性高, 熱穩定性好, 在300℃~500℃時強度約比（bǐ）鋁合金（jīn）高10 倍。化學活性大, 在空氣中會與O2、N2、H2、CO、CO2 等產生強烈的化學反應, 會形成TiC。較高溫度（dù）時, 與N2 作用形成TiN 硬（yìng）質表（biǎo）麵, 從而在零件表麵形成硬度很高的硬化層。導熱性差,其（qí）導熱係數極小, 約為45 鋼的（de）1/5～1/7。彈性模量小, E=108GPa, 約為鋼的1/2。所以具有（yǒu）如下切削特點: ( 1) 彈性變形大;( 2) 切削溫度高。在相同條件下鈦合金的（de）切削溫度高於45 鋼1 倍以（yǐ）上;( 3) 易形成表麵變質（zhì）硬化層。

      2 深孔鑽（zuàn）削的設計特（tè）點

      2.1 鎳基合金鑽削（xuē）設計

      ( 1) 深孔鑽削係統選用BTA 係統,屬於內排屑方式,結構簡單, 易操作[3] ;( 2) 根據（jù）工件的孔徑, 選用（yòng）單刃內排屑深（shēn）孔鑽頭, 其結構如圖1 所示。其特點: 導向塊和刀齒都焊接在刀體上, 鑽頭與鑽杆采用方（fāng）牙螺紋連接, 連（lián）接（jiē）強度較高, 製造簡單。鑽頭的切（qiē）削部分主要由內刃、外刃、鑽尖、導向（xiàng）塊以（yǐ）及排（pái）屑孔組成, 刃形和切削過（guò）程與槍（qiāng）鑽相似。外（wài）刃（rèn）上采用階梯刃分屑。刃磨後, 單刃內排屑深孔鑽的外刃前角γ0=0°, 內刃前角γ0t=15°, 以加強內刃強（qiáng）度, 外刃後角#0=10°, 內刃後角（jiǎo）#0t=15°, 外緣（yuán）副切削刃的副後角#0′=8°。外刃餘偏（piān）角$r1=15°, 內刃餘偏角的作用主要使中心刀刃在孔底切出反錐麵, 起定（dìng）心作用, 將（jiāng）鑽心處切屑進行尖劈分屑, 其值為$rt=20°。采用外斜形斷屑槽（cáo）結（jié）構, 易於切屑折斷;( 3) 刀片材料選（xuǎn）取高溫合金, 通常選取YG 類和YD 類（lèi）硬質合金。本方案選擇YD類硬質合（hé）金, 切削齒和（hé）導向塊均選（xuǎn）用YD15。YD 類硬質合金抗彎強度高, 能夠抗較大的切削力, 刀具耐用（yòng）度好; ( 4) 深孔鑽削工藝參數:工件（jiàn）轉速n=290r/min; 進（jìn）給量f=0.04～0.18mm/r, 切削液選用20 號機油。鑽削過程中, 斷（duàn）屑良好, 排屑順暢, 切（qiē）削輕快, 一次鑽通（tōng）, 表麵粗糙度（dù）Ra6.4!m, 直線度誤差小於0.1mm/全長。刀（dāo）具磨損量小耐用度高。

      2.2 鈦合金鑽削設計

      鈦合金材料的深孔加工被公認為是加工難度較大的一種深孔加工, 其鑽削係統可以采用BTA 或DF 深孔鑽削係統, 采用內排屑錯齒深孔鑽頭。在刀具的角度上, 根據金屬切削理論, 切削過程（chéng）中金屬變（biàn）形的剪應變與剪切（qiē）角和（hé）前角的關係為采用較小的前角（jiǎo）( 0°～5°) , 以改善刀具（jù）的散（sàn）熱條（tiáo）件（jiàn）和增強刀刃（rèn）的強（qiáng）度。對於加工鈦合金（jīn）的鑽頭, 為了克服因（yīn）回彈而造成的摩擦, 可適當加大後角, 外刃後角取12°～15°,內刃（rèn）後角取15°～18°。外刃（rèn）副後角取（qǔ）5°～8°。采用內斜式斷（duàn）屑槽, 斷屑槽底圓弧半徑較大, 這樣有利於斷屑。在刀片及導向塊材料上, 加工鈦合金材料時, 均選用YG 類硬質合金（jīn）( 如YG8) , 避免（miǎn）采用YT 類硬質合（hé）金時與鈦合金產生親合作用, 以提高刀具的耐磨性。導向塊的滯後量適當（dāng）加大,取2～3mm, 這樣可（kě）克服由於鈦合金材料的回彈和外齒（chǐ）刀尖的磨損而造成（chéng）導（dǎo）向（xiàng）塊超前切削的可能性, 減小（xiǎo）軸向力。為減（jiǎn）少刀具磨（mó）損, 一般不采用較高的切削速度, 通常取30～50m/min。而進給量在0.06～0.25mm/r 範圍內進行試驗,以確定合理的切削用量。切削液為機械油加（jiā）極壓添（tiān）加劑。

      3 鑽削（xuē）試驗分析

      3.1 鎳基合金試驗分析（xī）

      工件材料為（wéi）!48×750mm 的鎳基（jī）合金棒料, 孔徑為!8mm, 因為孔比較小, 所（suǒ）以進給量在0.08~0.12mm/r, 可得到光（guāng）亮的C 形切屑和（hé）螺旋卷屑（xiè）( 圖2 所示) 。而過（guò）小的進給（gěi）量, 易形成連續的長卷硬屑( 材料（liào）強度好（hǎo）) , 會（huì）造成堵屑現象。當進（jìn）給量增大到0.15mm/r 以上時, 切削過程（chéng）不穩定, 振動加劇。孔徑尺寸穩定, 變化量（liàng）較小, 精度可達IT9- 10, 表麵質量理想, 粗糙度可達Ra2.5~6.3!m。

      3.2 鈦合金試驗分析

      工件為!60×1200mm 鍛造鈦合金材料( TC4) , 鑽孔直徑為24mm。對於鈦合金材料（liào）, 由於其強度高和易於產生硬化層等特點, 為減（jiǎn）少刀具磨損, 一般不采用較高的切削速度, 通常取30~50m/min。而（ér）進給量在0.12~0.16mm/r可（kě）以得（dé）到光亮的C 狀切屑和螺旋卷狀切屑( 圖（tú）3 所示) ,切削過程平穩, 且刀具具有較（jiào）高的耐用度（dù）。當進給量減少時, 出現長屑並會造成堵屑現象。當進給（gěi）量增大到0.2mm/r以上時, 切屑開始變（biàn）硬, 出現長條形的（de）擠壓狀硬屑, 切削振動增加, 刀具磨損加劇, 並最終導致出（chū）現打刀現象。

      4 結語

      試（shì）驗證明, 鎳基合金和鈦合金（jīn）等難加工（gōng）材料, 在采用合理的（de）鑽削係統、適當的刀具和鑽削工藝參數的條件下鑽削穩（wěn）定（dìng）, 出屑順（shùn）暢, 且（qiě）刀具的耐用度高, 還具有較高的（de）生產效率。