浅谈钛合金的深孔钻削加工工艺

浅谈钛合金的深孔钻削加工工艺

摘要:钛合金是一种应用广泛的高温合金,主要应用于测井仪器的保护外壳的制造,所以,钛合金的加工工艺对钛合金制品的质量具有直接影响,其中就涉及到了对钛合金进行切削加工,尤其是深孔钻削的加工工艺,而且深孔钻削的加工性如何决定了钛合金的应用范围。本文通过对钛合金深孔钻削加工时存在的问题进行讨论,并以此为基础深入探讨了钛合金的深孔钻削加工工艺。

关键词:钛合金深孔钻削加工工艺

1 钛合金深孔钻削加工时存在的问题

在对钛合金进行深孔钻削加工时,由于这种加工工业需要在半封闭的情况下才能够进行,所以在加工时不能能对钻削的状况进行观察,同时,由于热量不能及时传散,对钛合金的切削效果产生直接影响,主要存在以下四个方面的问题。

第一,在进行深孔加工时,加工系统会出现冷却、排屑等问题,这都是由深孔加工工艺自身的特性决定的。

第二,在对钛合金进行深孔时,刀具内部会产生大量的切屑,这也是深孔钻削加工存在的问题之一。

第三,钛合金的深孔钻削加工,需要保证在较高的温度中进行,这就导致刀具的磨损程度加重,主要有粘结磨损和扩散磨损等,在很大程

度上缩短了刀具的使用时间,降低了刀具的耐久性。

第四,深孔钻削还存在着导向的问题,这是因为深孔具有较大的长径比,而且对钻杆的长度和粗细程度也有要求,如果较细,则容易产生振动先下个,使得钻孔的导向出现偏斜现象,进而对整个工艺效果都有直接影响,所以深孔钻削加工的导向问题也是急需解决的问题之一。

2 钛合金的深孔钻削加工工艺

对钛合金进行深孔钻削加工时,主要有以下六个步骤。

第一,选择适当的深孔钻削加工系统。如果进行钛合金钻孔的孔径小于30mm,那么可以使用DF加工系统,因为DF加工系统的机构更为简单,同时拥有强大的排屑能力,因此,这种加工系统具有广泛的应用。如果钻孔的孔径较大,那么就可以采用BTA加工系统,因为它的冷却能力和润滑、排屑等能力都很强。

第二,选择结构合适的钻头。进行深孔钻削加工的钻头主要有三种,即深孔麻花钻、枪钻和内部排屑深孔加工钻头。如果需要进行钻孔的空进较小,一般为6mm,那么可以采用枪钻进行钻孔,如果钻孔的内径小于30mm,则可以使用深孔麻花钻或者内径较小的内部排屑深孔加工钻头进行钻孔;如果需要进行内径较大的深孔加工时,则多在内部排屑深孔加工钻头中选择合适的具体类型,一般来说最常用的是多刃错齿内部排屑的深孔加工钻,因为这种结构的钻头具有合理的刀片分布,并且可以保持较好的深孔加工的导向。

第三,选择合适的深孔加工的刀具材料。在对钛合金进行深孔钻削加工时,不同材料的刀具对深孔加工具有重要影响,因此,要选择合适的刀具材料,即通常都选用硬质合金材料制成的刀具,还可以有效的提高加工效率。但是,在众多的硬质合金中,YT材料不适合作为深孔加工的刀具材料,因为在这种材料中含有钛这种元素,进而与钛合金中所含有的钛物质发生相应的反应,易出现粘合的现象。所以,在选择刀具材料时,最好选择用细晶粒制造出的刀具作为深孔钻削的器具,不仅因为这种材质自身术语硬质合金物质,同时它与钛合金之间发生相互作用的概率小,还具有良好的导热性和强度,可以保证进行钛合金的深孔钻削加工在较低的温度下进行,且对刀具的损害程度也较小。

第四,对刀具的几何参数进行调整,使之更趋于合理性。如果选择多刃错齿内部排屑钻头作为钛合金的深孔钻削工具,那么在加工过程中要特别注重余偏角的大小,因为他对钻头的削力强度及切削的厚度、深度等都具有重要影响。如果将余偏角减小,则可以降低钻头径向力的强度,可以对导向块的状态进行调整和改善,提高钻头钻削的精确度,使得排屑更为流畅。在一般情况下,外刃的余偏角选在在16°左右,而内刃的则要偏大,一般选取为18°。

同时,工件的材料和加工所提出的要求对前角的大小具有决定性的作用,因为钛合金在进行深孔切削加工时具有形成脆层的性质,可以提高刀具的损害程度,所以,在进行钛合金深孔钻削时,要特别注意前角的大小。此外,如果选取的前角较小,还可以大大的增强切屑与刀面

直接的接触面积,进而降低切屑与刀面之间的温度,降低由于温度过高而对刀具产生的损害程度。因此,在对钛合金进行深孔钻削时,所选取的外刃前角角度通常为0°～2°之间,而内刃前角的角度则为2°～5°之间。

除了对前角进行特别注意外,后角的大小也影响着钛合金的深孔钻削加工质量,而后角角度大小的选取主要依赖于工件材料和进给量,同时,由于钛合金自身的弹性模量较小而回弹量较大,导致刀面与钛合金表面之间有很大的接触面积。因此,为了有效的缩小刀面与加工表面之间的接触面积和摩擦力,就要尽可能的扩大后角。由于深孔钻削加工工艺自身的特殊性,在选取后角时一般是外刃保持在8°～10°之间,而内刃在10°～12°之间,这个角度可以有效的降低刀具的磨损程度,提高刀具的耐久性。

第五,对深孔钻削用量进行优化和调整。在对钛合金进行深孔钻削加工时,尽量保证切削的速度较低,避免由于切削过程中产生过高的温度而损害刀具,同时要保持着适度的进给量,不然易导致刀具的刀刃烧伤。所以,在进行深孔钻削时,要及时对进给量和切削的速度进行优化。

第六,选取适当的冷却系统,提高加工系统的耐久度和冷却程度。在钛合金深孔钻削过程中,要对加工系统进行及时的冷却和降温,进而降低由于温度过高而造成的加工系统的损害,通常情况下,冷却液压选取在1.5MPa～3MPa之间,而所使用的冷却液,一般选用极压乳化液或

者切削液,因为这两种冷却液的效果更为显著。

第七,由于是进行深孔加工,所以所使用的器具的长度都很长,但是这些器具要放置在固定的夹具中,以保持器具的刚性和耐久度。

综上,由于钛合金的应用范围普遍分布在石油工业领域,而且钛合金自身所具有的特性及深孔钻削加工工艺的特性都决定了对钛合金进行深孔钻削加工的难度,因此,为了保证深孔钻削的效果,不仅要对钛合金的特性进行深入研究,还要提高加工系统的耐用性及准确度。

参考文献

[1] 赵玉梅.关于深孔钻削加工时若干问题的探讨[J].硅谷,2009(17).

[2] 郭晨俊,吴伏家,常兴.镍基合金和钛合金工件的深孔加工技术[J].机械工程师,2007(11).