隨著航空工業(yè)的飛速發(fā)展，目前我公司在生產(chǎn)中采用了大量的高新技術(shù)和高新材料，特別是在A320的加工中各種新材料，新零件不斷增加。在加工中，如高硬度零件、高新材料零件，當(dāng)鉗工因材料，刀具，精度無(wú)法保證零件精度要求時(shí)，嚴(yán)重影響了科研生產(chǎn)的順利進(jìn)行。隨著對(duì)高新材料廣泛應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和工藝，采用現(xiàn)有的刀具材料，采用新的加工工藝方法在機(jī)械加工中得到了充分利用。凱億特新材料通過(guò)摸索在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下也產(chǎn)生了許多新的加工工藝和加工方法，通過(guò)改進(jìn)不僅能提高產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，還能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和加工時(shí)間，使此類零件加工時(shí)的技術(shù)難題有了解決的辦法。

1零件的結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)

1.1零件現(xiàn)狀分析

此零件為空客某機(jī)型零件，此零件從外形結(jié)構(gòu)來(lái)看，加工并不復(fù)雜，零件外形及主要加工尺寸如圖1所示。零件的材料，圖紙上規(guī)定為T-A6V(退火)ASNA3304，也就是我們常常所說(shuō)的TC4材料。

圖1零件外形及主要加工尺寸

根據(jù)前面對(duì)零件的分析，可以知道此零件的加工難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

①材料為難加工的鈦合金T-A6V；

②零件的位置度要求高，與底面垂直度、孔的位置度均要求為0.05mm；③兩孔之間的孔間距離公差要求嚴(yán)格，要求為±0.05mm；④孔本身的精度要求高，均為7級(jí)精度，分別為φ9.525H7（0.015/0）、φ6.5H7（0.015/0）。

1.2材料特性分析

鈦合金是一種典型的難加工材料，其比強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性差、加工硬化嚴(yán)重；由于其化學(xué)活性大，在一定溫度下與周圍介質(zhì)容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生脆而硬的外皮，加工時(shí)塑性和沖擊韌性劇烈下降，刀具磨損和破損嚴(yán)重、耐用度低，加工精度和表面質(zhì)量難以保證，加工效率很低。

鈦合金的諸多性能中導(dǎo)熱系數(shù)、彈性模量、加工硬化、化學(xué)活性及合金類型和顯微組織等起到了主要作用，所以鈦合金的切削加工存在著以下一些限制：

(1)鈦合金的導(dǎo)熱率低，約為鐵的1/3，阻礙了機(jī)加工過(guò)程中所產(chǎn)生熱量的散發(fā)，且其比熱低，使得切削區(qū)溫升過(guò)快，在600℃以上時(shí)表面形成氧化硬層從而加速刀具的磨損；(2)鈦合金的彈性模量低，使已加工表面容易產(chǎn)生極大的網(wǎng)彈，特別是薄壁零件的加工回彈更為嚴(yán)重，易引起后刀面與已加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，從而磨損刀具和崩刃。而且在回彈力的作用下會(huì)引起零件在機(jī)加工過(guò)程中偏離刀具。

(3)鈦合金的硬度較低、化學(xué)活性很強(qiáng)，導(dǎo)致鈦與刀具之問(wèn)的產(chǎn)生咬合。且高溫下鈦極易與氧、氫、氮發(fā)生作用，使其硬度增加，塑性下降，在加熱和鍛造過(guò)程中形成的富氧層的機(jī)械加工困難。

1.3傳統(tǒng)的加工工藝

由于我單位的鈦合金零件少，因而缺少對(duì)材料、相應(yīng)加工工藝性等的研究，采用傳統(tǒng)的加工方法，如圖1所示的零件，加工φ9.525H7（0.015/0）、φ6.5H7（0.015/0）兩孔由鉗工依靠拼裝鉆模來(lái)加工，并保證相應(yīng)的尺寸要求。由于拼裝夾具具有99%的通用性和可互換性，給組合拼裝夾具也帶來(lái)了一些弊端。由于此類零件的材料加工性能極差，而組合拼裝鉆模是由多塊零件組合而成，造成此類夾具剛性差，加工時(shí)，拼裝夾具間的各組件會(huì)產(chǎn)生微小的相對(duì)位移，從而零件的相對(duì)位置度很保證。并且此組合夾具的死角較多，鐵屑不易清理，排屑困難，也是造成零件超差報(bào)廢的一個(gè)重要原因。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文緊密結(jié)合此鈦合金零件的生產(chǎn)，著重研究和探討鈦合金材料的加工工藝方法和實(shí)用技術(shù)，其中包括專用夾具的設(shè)計(jì)，刀具幾何形狀的合理選擇、切削參數(shù)優(yōu)化等。

2專用夾具的設(shè)計(jì)

為了改善零件質(zhì)量狀況，提高生產(chǎn)率，解決我分廠在鈦合金零件上的加工瓶頸，對(duì)加工工藝方法進(jìn)行了如下的改進(jìn)。

根據(jù)零件特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)制造了專用鉆夾。自制鉆夾以保證加工零件的形位公差精度，提高加工夾具剛性，提高裝夾速度為主要目的。

為了使裝夾速度提高，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)考慮的夾緊與定位必須簡(jiǎn)潔可靠，因此采用了兩面一銷的定位方式；為了保證加工零件的形位公差精度要求，夾具定位基準(zhǔn)必須與零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)相重合；要提高加工夾具的剛性，在設(shè)計(jì)此夾具時(shí)，采用了整體結(jié)構(gòu)形式，且加工零件時(shí)的鉆、鉸刀也要盡可能的靠近零件和夾具體。設(shè)計(jì)的鉆夾如圖2所示：

圖2設(shè)計(jì)好的夾具

該夾具選用的材料為30CrMnSiA，夾具采用長(zhǎng)寬高為100×75×60的方形鋼板，中間銑出48×27的槽而制成。零件安裝在槽的中間，利用壓板和螺釘夾緊工件，在鉆夾上按圖紙尺寸要求制出兩個(gè)外徑為φ18(+0.02/0)的孔，并制外徑φ18(0/-0.01)內(nèi)徑分別為φ9.2、φ9.4、φ9.53、φ6.2φ6.4、φ6.5的六件鉆套，使其在一次裝夾的情況下只需更快速更換鉆套就能完成兩孔的粗鉆、粗鉸、精鉸工序，保證零件尺寸要求。該鉆夾的特點(diǎn)是裝夾次數(shù)少，避免零件因多次裝夾所產(chǎn)生的定位誤差，難于保證零件尺寸、位置度等要求，同時(shí)節(jié)省了輔助加工時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

3刀具的幾何參數(shù)分析與改進(jìn)

鈦合金的加工特性決定了傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆頭鉆削加工鈦合金時(shí)存在許多問(wèn)題，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

(a)鉆頭頂角小，切削刃長(zhǎng)，切下的切屑寬，因而鉆頭扭矩大，軸向抗力也大。同時(shí)，切屑卷曲成螺旋狀程度大，切屑所占的空間也大，排屑不順暢，影響冷卻。

鉆頭頂角決定切屑寬度和鉆頭前角的大小。當(dāng)鉆頭直徑和進(jìn)給量一定時(shí)，增大頂角，則切屑變窄，單位切屑刃上的負(fù)荷減輕。同時(shí)，鉆頭外圓處的刀尖角減小。減小了刀尖角的磨損速度，同時(shí)有利于散熱，耐用度也得到提高。頂角對(duì)前角有很大影響，相應(yīng)增大頂角有利于改善鉆心處的切削條件。頂角影響切屑流出的方向。頂角較大，切屑卷曲成螺旋的程度減小，且比較平直，容易排除，即提高了排屑性能。通過(guò)分析試驗(yàn)，加工鈦合金時(shí)，采取增大鉆頭頂角的方法，一般頂角的取值范圍是135°～140°時(shí)鉆削效果較好。

(b)鉆頭鉆心厚度小。由于鉆削加工鈦合金時(shí)鉆頭承受很大扭矩和軸向抗力。鉆心厚度小，則鉆頭強(qiáng)度低，特別是小直徑鉆頭，鉆頭易發(fā)生折斷，需增大鉆心厚度以提高鉆頭強(qiáng)度。所以要適當(dāng)增加鉆心厚度。鉆心厚度一般為K=(0.45-0.32)D式中，K為鉆心厚度，D為鉆頭直徑。

(c)鉆頭螺旋角小。螺旋角直接影響主切削刃的前角。螺旋角越大，則刃口越鋒利，切削越輕快，否則會(huì)造成嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象使得刀刃很快磨損。由麻花鉆的外形特點(diǎn)可知切削刃上各點(diǎn)螺旋角是變化的。越靠近外圓處螺旋角越大，前角也越大，切削刃越鋒利，切削性能越好。而靠近鉆心處螺旋角最小，切削性能最差，可以將此處磨成球圓弧狀，以改善切削條件。隨螺旋角增加，切削刃強(qiáng)度減弱，磨損快，甚至?xí)l(fā)生切削刃燒毀等現(xiàn)象。因此合理選擇螺旋角，以適合鈦合金鉆削加工成為關(guān)鍵問(wèn)題。

(d)鉆頭外緣處后角小，影響鉆心處切削刃的前角。鉆頭切削刃各點(diǎn)上的后角也是不等的，愈接近中心，其后角愈大。因此，鉆頭后角的標(biāo)注和要求，都以鉆頭外緣處為準(zhǔn)，增大鉆頭外緣處后角，可以使切削刃鋒利，改善切削性能，特別是對(duì)鉆心處的鉆削加工有明顯改善。因此，適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)鉆頭幾何參數(shù)，以適合鈦合金鉆削加工十分重要。

(e)鉆頭的選擇：直徑大于5mm的鉆頭，最好選用硬質(zhì)合金YG8作為刀具材料；加工小于5mm的孔時(shí)，可用硬度大于63HRC的高速鋼鉆頭（如M42或B201；當(dāng)孔深小于直徑兩倍時(shí)，采用斜槽（短型）的鉆頭；當(dāng)孔深大于直徑兩倍時(shí)，采用麻花鉆頭。鉆頭的幾何參數(shù)：λ＝0°～3°，αc=13°～15°，2φ＝120°～130°。

為了易于形成切屑、減少磨擦并改善鉆頭的切削能力，可根據(jù)鉆頭直徑減少導(dǎo)向刃帶的寬度至0.1～0.3mm，修磨橫刃到0.1D，并雙重刃磨頂角2φ＝120°～130°，2φ＝70°～80°。如表1列出了雙重鋒角式鉆頭的幾何參數(shù)，圖3是一種鉆削鈦合金的典型雙重鋒角式鉆頭。

圖3雙重鋒角式鉆頭

表1雙重鋒角式鉆頭幾何參數(shù)

4切削用量的選擇

選取適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給量在鈦合金加工中也很重要。在鈦合金的鉆削過(guò)程中，應(yīng)采用較低的切削速度，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量應(yīng)適中，進(jìn)給量過(guò)大易引起刀刃燒傷。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通常取進(jìn)給量為f=0.05mm/r～0.15mm/r，切削速度=10～30m/min。

5切削液的選擇

為提高散熱速度，宜選用水劑切削液，現(xiàn)用特力杰C008合成磨削液，該切削液的具有流動(dòng)性好，散熱快，減小摩擦力的優(yōu)點(diǎn)。使用該切削液后光潔度得以提高，切削順利，尺寸穩(wěn)定。

通過(guò)以上的改進(jìn)，使得在零件加工中生產(chǎn)效率有了很大的提高，刀具使用壽命延長(zhǎng)，裝夾穩(wěn)固，快捷，精確。產(chǎn)品質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍。