鑽削試驗鎳基合金（jīn）、鈦合（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（bǐ）, 鎳基合金、鈦合金具有一般材料所無法比擬的性能優點, 但也給這些材料的加工帶來了困難。為此鎳基合金和鈦合（hé）金工件的（de）深（shēn）孔加工技（jì）術（shù）成為工（gōng）藝設計的（de）重要課題之一。

      1 鎳基合金（jīn）和鈦合金的性（xìng）能特性

      1.1 鎳（niè）基合金性能特性

      由於（yú）鎳基合（hé）金的主要成分為鎳和鉻, 另外還添加有少量其它元素: 鉬、鉭（tǎn）、铌、鎢等, 值得注意的是, 鉭、铌、鎢等也是用來製造硬質合金( 或高速鋼) 刀具（jù）的主要成分（fèn）[2]。所以具有如下特（tè）點:( 1) 加工硬化傾向（xiàng）大。比如GH4169未強化處理的基體硬度約（yuē）HRC37, 切（qiē）削後表麵（miàn）產生0.03mm 左右的硬化層, 硬度增加到HRC47 左右。加工硬化現象對刀具壽命有很大影響, 通常會產（chǎn）生嚴重的邊（biān）界磨損;( 2) 切削力大。未強（qiáng）化處理的高（gāo）溫合金單位（wèi）切（qiē）削力在4000N/mm2 以（yǐ）上, 而普通合金鋼僅2500N/mm2;( 3) 材料導熱性差。切削高溫（wēn）合（hé）金（jīn）時產生的大（dà）量切削熱由刀具承（chéng）受, 將導致切削刃產生塑性變形（xíng）、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) , 強度高( "b=900~1100MPa), 其比強度大大超過高強度鋼[2]。熱（rè）強性高, 熱穩定性好（hǎo）, 在300℃~500℃時強度約比鋁合金高10 倍。化學活性大, 在空氣（qì）中會與O2、N2、H2、CO、CO2 等產生強烈（liè）的化學反應, 會（huì）形成TiC。較高溫度時, 與N2 作用（yòng）形成TiN 硬質（zhì）表麵（miàn）, 從而（ér）在（zài）零件表麵形成硬度很高的硬化層。導（dǎo）熱性差（chà）,其導熱係數極小, 約為（wéi）45 鋼的1/5～1/7。彈性模量小, E=108GPa, 約為鋼的1/2。所以具（jù）有如下切削（xuē）特點（diǎn）: ( 1) 彈性變形大;( 2) 切削溫度（dù）高。在相同（tóng）條件下鈦合金的（de）切削溫度高於45 鋼1 倍以上;( 3) 易（yì）形成表麵變質（zhì）硬化層。

      2 深孔鑽削的設計特點

      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（yú）內排屑方式,結構簡單, 易操作[3] ;( 2) 根據工（gōng）件的孔徑, 選（xuǎn）用單刃內排屑深孔鑽頭, 其結（jié）構如圖1 所示。其特點: 導向塊和（hé）刀齒都焊接在刀（dāo）體上, 鑽頭與鑽杆采（cǎi）用方牙螺紋（wén）連接, 連接強度（dù）較高, 製造簡單。鑽頭的切削（xuē）部分主要由內刃、外刃（rèn）、鑽（zuàn）尖、導（dǎo）向塊以（yǐ）及排屑孔組成, 刃形和切削過程與槍鑽相似。外刃上采用階梯刃（rèn）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（nèi）刃強度, 外刃後角#0=10°, 內刃後角#0t=15°, 外緣副切（qiē）削刃的副後角#0′=8°。外刃餘偏角$r1=15°, 內刃餘偏角的作（zuò）用主要使中心刀刃在孔底切出反錐麵, 起定心作用, 將鑽心處切屑（xiè）進行尖劈分屑, 其值為$rt=20°。采用外斜形斷屑槽結構, 易於切屑折斷;( 3) 刀片（piàn）材料（liào）選取高溫（wēn）合金, 通常選取YG 類和YD 類硬質合金。本方案選擇YD類硬質（zhì）合金, 切削齒和導向塊均選用YD15。YD 類（lèi）硬質合金抗彎強度高, 能（néng）夠抗較大的切削力, 刀具耐用度好; ( 4) 深孔鑽削工藝參數:工件轉速n=290r/min; 進給量f=0.04～0.18mm/r, 切削液選用20 號機（jī）油。鑽削過程中, 斷屑良好, 排屑順暢, 切削輕快, 一（yī）次鑽通（tōng）, 表麵粗糙度Ra6.4!m, 直線度誤差小於0.1mm/全長。刀具磨損（sǔn）量小（xiǎo）耐用度高。

      2.2 鈦合金鑽（zuàn）削設計

      鈦合金材料（liào）的（de）深孔加工被公認為是加工難度較大（dà）的一（yī）種深孔加工, 其（qí）鑽削係統可以采用BTA 或DF 深孔鑽削係統, 采用（yòng）內（nèi）排屑錯齒深孔（kǒng）鑽頭。在刀具的角度上, 根據金屬切削理論, 切（qiē）削過程中金屬變形的（de）剪應變與（yǔ）剪切角（jiǎo）和前角（jiǎo）的關係為采用較小的前角( 0°～5°) , 以改善刀具的散熱條件和（hé）增強刀刃（rèn）的強度。對於加工鈦合（hé）金（jīn）的鑽頭, 為了克服因回彈而造成的摩擦, 可適當加大後角, 外刃後角取12°～15°,內（nèi）刃後角取15°～18°。外刃副後角取5°～8°。采用內斜式斷屑槽, 斷（duàn）屑槽底圓弧半徑較大, 這樣有利於斷屑。在刀片及導向塊（kuài）材料上, 加工鈦合金材料（liào）時, 均（jun1）選用YG 類硬質合金( 如YG8) , 避免采用YT 類硬質合金（jīn）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加大,取（qǔ）2～3mm, 這樣可克服由於（yú）鈦合金材料的（de）回彈和外齒刀尖的（de）磨損而造（zào）成導向塊超前切（qiē）削的可能性, 減小軸（zhóu）向力。為減少刀具磨損, 一（yī）般不采用較高的切削（xuē）速度, 通常取（qǔ）30～50m/min。而進給量在（zài）0.06～0.25mm/r 範圍內進行試驗,以確定合（hé）理的切削用量。切（qiē）削液為機械油加（jiā）極壓添加（jiā）劑。

      3 鑽削試驗分析

      3.1 鎳基合金試（shì）驗（yàn）分析

      工件（jiàn）材料為!48×750mm 的鎳基合金棒料（liào）, 孔徑為!8mm, 因為孔比較小, 所（suǒ）以進給量在0.08~0.12mm/r, 可得到光亮的C 形切（qiē）屑和（hé）螺（luó）旋（xuán）卷（juàn）屑( 圖2 所示) 。而（ér）過小的進給量, 易形成連續的長卷硬屑( 材料（liào）強度好) , 會造成（chéng）堵屑現象。當進給量（liàng）增大到0.15mm/r 以上時, 切削過（guò）程不穩定, 振動加劇。孔（kǒng）徑（jìng）尺寸穩定, 變化量較小, 精度（dù）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, 為減少刀具磨損, 一般不采（cǎi）用較高的切削速度, 通常取30~50m/min。而進給量在0.12~0.16mm/r可以得到光亮的C 狀切屑和螺旋卷狀切屑( 圖3 所（suǒ）示（shì）) ,切削過程平穩, 且刀具具有較高的耐用度。當進給量減少時, 出現長屑並會造成堵屑現象。當進給量增大到0.2mm/r以（yǐ）上時, 切屑開始變硬, 出現長（zhǎng）條形的擠壓狀硬屑, 切削振動增加, 刀具（jù）磨（mó）損加（jiā）劇, 並最終導致出（chū）現打刀現象。

      4 結語

      試驗證明, 鎳基合金和鈦合金等難加工材料, 在采用（yòng）合理的鑽削（xuē）係統、適當的刀具和鑽削工藝參數的條件（jiàn）下鑽削穩定, 出屑順（shùn）暢, 且（qiě）刀具（jù）的耐用度高, 還具有較高的生產（chǎn）效率。