目錄緒論1課題研究的目的和意義1深孔加工面臨的難題2國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r2深孔鉆分類4本課題要研究和解決的問(wèn)題7鈦合金的切削加工性7鈦合金切削加工的普遍原則8鈦合金切削機(jī)理的研究8鈦合金相對(duì)可切削性切削條件的研究10刀具材料10刀具幾何角度10機(jī)夾式可調(diào)深孔鉆的設(shè)計(jì)13機(jī)夾式可調(diào)深孔鉆的設(shè)計(jì)要求13機(jī)夾式可調(diào)深孔鉆的設(shè)計(jì)要點(diǎn)13鉆齒的排布13中間齒超前量（）的確定14刀齒覆蓋量的確定14各齒工作寬度的確定15鉆頭體外徑的確定15外刃偏角和內(nèi)刃偏角1的確定16中心齒幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)16導(dǎo)向條相對(duì)于外刃拐點(diǎn)的滯后量16微調(diào)裝置的設(shè)計(jì)16排屑孔直徑及喉部造型17排屑孔直徑的確定17出屑口的造型17刀齒和導(dǎo)向條材料的選擇17鉆頭柄部的設(shè)計(jì)18對(duì)鉆頭柄部設(shè)計(jì)的基本要求18鉆柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19鉆柄和鉆桿的尺寸參數(shù)互相對(duì)應(yīng)19切削用量的選擇20機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀的設(shè)計(jì)21機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀的設(shè)計(jì)要求21機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀的特點(diǎn)21導(dǎo)向條及防振墊條布的排22微調(diào)裝置的設(shè)計(jì)23鉆頭體外徑的確定24刀片和導(dǎo)向條及防振墊條材料的選擇24鉆頭柄部的設(shè)計(jì)24鉆頭柄部設(shè)計(jì)的基本要求24鉆柄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25鉆柄和鉆桿的尺寸參數(shù)互相對(duì)應(yīng)26切削用量的選擇26矩形螺紋旋風(fēng)銑刀的設(shè)計(jì)27刀片的選擇27刀片材料的選擇27刀片尺寸及外形28銑刀刀體的確定28矩形螺紋成形車刀的設(shè)計(jì)30刀片的選擇30刀片材料的選擇30刀片形狀的選擇30刀片精度等級(jí)的選擇30刀片基本尺寸的確定31矩形螺紋成形車刀刀桿的選擇31刀桿材料的選擇31刀桿截面尺寸的確定31刀桿長(zhǎng)度尺寸的選擇32刀片夾固結(jié)構(gòu)32選擇車刀合理角度33選擇切削用量34結(jié)論35參考文獻(xiàn)36致謝38緒論課題研究的目的和意義飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸深孔加工技術(shù)以其高難度、高成本和神秘性而聞名于制造業(yè)。二戰(zhàn)結(jié)束前的幾個(gè)世紀(jì)中，深孔加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用一直被局限于相對(duì)封閉的軍工領(lǐng)域1。20世紀(jì)50年代，世界格局進(jìn)入以和平和建設(shè)為主基調(diào)的時(shí)代，深孔加工技術(shù)隨之脫穎而出，成為“軍轉(zhuǎn)民”技術(shù)的一朵奇葩，迅速被應(yīng)用于能源采礦、航空航天、發(fā)動(dòng)機(jī)制造、機(jī)床汽車制造、石化及輕重化工、紡織機(jī)械、冶金、儀器儀表等廣泛的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。歐、美、日等先進(jìn)工藝國(guó)，早在20世紀(jì)50年代就紛紛開(kāi)展了深孔加工技術(shù)的學(xué)術(shù)和應(yīng)用研究，六七十年代形成專業(yè)化的深孔刀具和深孔機(jī)床裝備制造體系，少數(shù)跨國(guó)公司迄今仍壟斷著世界深孔加工裝備市場(chǎng)，使深孔加工技術(shù)成為制造技術(shù)門類中成本最昂貴的技術(shù)之一2。我國(guó)機(jī)械工業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)不足，改革開(kāi)放以來(lái)，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸深孔加工的發(fā)展處于低谷。20世紀(jì)80年代后期經(jīng)濟(jì)進(jìn)入快速發(fā)展階段，對(duì)主軸深孔加工技術(shù)和先進(jìn)深孔加工裝備提出了廣泛需求。但大多數(shù)企業(yè)無(wú)法承受進(jìn)口裝備昂貴的價(jià)格和深孔加工刀具的高售價(jià)和高使用成本，同時(shí)又沒(méi)有自己的專業(yè)化深孔加工裝備生產(chǎn)體系，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸深孔加工技術(shù)和高性能價(jià)格比的深孔加工裝備的短缺，將成為制約我國(guó)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造業(yè)高速發(fā)展的瓶頸之一3。阻礙深孔加工技術(shù)成為“大眾化”制造技術(shù)的另一個(gè)深層次原因在于深孔加工技術(shù)研究工作的滯后。自20世紀(jì)30年代槍鉆問(wèn)世到40年代BTA鉆推出，深孔加工刀具及其排屑技術(shù)在半個(gè)多世紀(jì)中鮮有突破性的發(fā)展。雖然槍鉆和BTA鉆各自有它們的固有缺陷，盡管為改進(jìn)BTA鉆而推出了雙管噴吸鉆和DF系統(tǒng)，但在實(shí)體深孔鉆領(lǐng)域中至今仍然存在著“鉆小深孔靠槍鉆、鉆大深孔靠BTA鉆、用不起深孔鉆就靠麻花鉆”的現(xiàn)實(shí)。解決這一現(xiàn)狀的關(guān)鍵之一就是加大在深孔鉆方面的研究，加大在這一方面的投入。而我國(guó)切削加工水平低于國(guó)外的主要原因之一是刀具水平的落后3，因此，我們必須推出自己的原創(chuàng)性深孔加工技術(shù)，建立專業(yè)化、現(xiàn)代化的配套深孔加工裝備產(chǎn)業(yè)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)深孔加工裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)體系并實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，創(chuàng)建以先進(jìn)技術(shù)武裝的深孔零件制造行業(yè)，以滿足廣大中小企業(yè)開(kāi)發(fā)新裝備的迫切需求，以加快我們的現(xiàn)代化進(jìn)程，這也就是我們研究深孔鉆的目的和意義。深孔加工面臨的難題在機(jī)械制造業(yè)中，一般將孔深超過(guò)孔徑5倍的圓柱孔稱為深孔。而孔深與孔徑的比值稱之為“長(zhǎng)徑比”或“深徑比”。相對(duì)而言，長(zhǎng)徑比不大于5倍的圓柱孔，可稱為“淺孔”。對(duì)于淺孔，一般用麻花鉆來(lái)鉆孔。麻花鉆是一種形狀較復(fù)雜的雙刃孔加工刀具4，而深孔鉆頭都是單刃、端部切削的刃具。鉆孔加工屬于封閉式切削，造成孔加工技術(shù)的幾大矛盾是連續(xù)自動(dòng)排屑、自動(dòng)冷卻潤(rùn)滑和刀具自導(dǎo)向問(wèn)題，在深孔鉆削過(guò)程中顯得更加尖銳5。主要是1）鉆孔時(shí)不能直接觀察刀具的切削情況，工作過(guò)程中只能憑聽(tīng)聲音、看切屑、觀儀表、摸振動(dòng)等外觀現(xiàn)象，來(lái)判斷切削過(guò)程是否正常。2）孔的深徑比大，鉆桿細(xì)而長(zhǎng)，剛性低，易振動(dòng)，鉆孔易走偏，因此，支撐導(dǎo)向極為重要5。3）切屑排除困難，必須要保證可靠的斷屑。切屑的長(zhǎng)短和形狀要加以控制，如果切屑堵塞則會(huì)引起刀具損壞。由于排屑空間受到鉆桿的限制，套料鉆鉆孔有料芯的干擾，排屑條件更為惡劣，因此需要強(qiáng)制排屑。這中間關(guān)鍵是排屑槽，因?yàn)樗男螤钪饕绊懰汕邢鞯男螤?、切削力和刀具性?。4）切削熱不易散出，工作條件惡劣，必須采用有效的冷卻方式。這些都是深孔加工所面臨的難題。國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展?fàn)顩r孔加工在金屬切削加工中占有重要地位，一般約占機(jī)械加工量的1/3。其中鉆孔約占2225，其余孔加工約占11137。我國(guó)1990年孔加工刀具的產(chǎn)量約占刀具產(chǎn)品總產(chǎn)量的7138，產(chǎn)值約占刀具產(chǎn)品總產(chǎn)值的4552。由于孔加工條件苛刻的緣故，孔加工刀具的技術(shù)發(fā)展要比車、銑類刀具遲緩一些，許多機(jī)械加工部門至今仍采用高速鋼麻花鉆。近些年來(lái)，隨著中、小批量生產(chǎn)越來(lái)越要求生產(chǎn)的高效率、自動(dòng)化以及加工中心的飛躍發(fā)展與普及，也促進(jìn)了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸深孔加工技術(shù)的發(fā)展?？准庸さ毒叩漠a(chǎn)值中，硬質(zhì)合金產(chǎn)品的比例逐漸加大。從國(guó)外的情況看，在整個(gè)刀具行業(yè)中，硬質(zhì)合金刀具的增長(zhǎng)很快，這使得高速鋼刀具在刃具中的比例逐步下降。美國(guó)硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)值1972年占刀具總產(chǎn)值40，而1981年則增加到了452，日本硬質(zhì)合金刀具在刀具總產(chǎn)值不包括金剛石刀具和CBN刀具中所占比例從72年408增加到了91年的644，聯(lián)邦德國(guó)則從78年的231增加到了82年的444。美國(guó)ELDORADO公司對(duì)槍鉆導(dǎo)向塊的布置形式作了大量有成效的試驗(yàn)和研究，該公司認(rèn)為，工具類型不同，其加工中扭矩特征亦隨之變化，當(dāng)槍鉆的切削刃幾何參數(shù)相同，進(jìn)給量恒定時(shí)，其切削扭矩比較穩(wěn)定，但隨著導(dǎo)向塊的結(jié)構(gòu)形狀和布置位置不同，其擠壓扭矩也隨之發(fā)生變化。該公司研制的槍鉆，結(jié)構(gòu)形式很多，尤其是鉆頭導(dǎo)向塊布置形式與通常的標(biāo)準(zhǔn)型槍鉆不同，以五種形狀為主，分別適用于鉆削鋼和不銹鋼、鉆削有色金屬和鑄鐵、用戶機(jī)床條件較差、用戶要求改善孔徑精度和表面粗糙度等場(chǎng)合。ELDORADO公司的槍鉆加工深孔的直線度可達(dá)0025/300MM，孔徑偏差在0013之內(nèi)，孔表面粗糙度均方根值可達(dá)01M。其生產(chǎn)的槍鉆直徑為14381MM11/2IN。而德國(guó)TBT公司的槍鉆鉆孔時(shí)的徑向圓跳動(dòng)當(dāng)加工件旋轉(zhuǎn)時(shí)可達(dá)到一米深的孔為0204MM，加工深孔的直線度可達(dá)002004/500MM，孔徑偏差根據(jù)不同材料而有所不同，一般在IT6IT11之間,孔表面粗糙度RA值也可達(dá)01M。他們生產(chǎn)的槍鉆直徑為19535MM，并有6種柄部結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)，TBT公司還生產(chǎn)階梯槍鉆。瑞典SANDVIK公司生產(chǎn)的槍鉆直徑為19535MM，有12種柄部結(jié)構(gòu)形式，孔徑偏差為IT9，孔表面粗糙度RA值為0132M，孔深大于100D，加工深孔的直線度與TBT公司相同。瑞典SANDVIK公司還生產(chǎn)在一般工具磨床上重磨19530MM槍鉆的專用裝置。德國(guó)BOTEK公司生產(chǎn)的槍鉆直徑為18540MM，雙頭槍鉆和階梯槍鉆直徑為432MM，也生產(chǎn)在一般工具磨床上重磨18540MM槍鉆的專用裝置8。隨著宇航、電子工業(yè)、輕工業(yè)及醫(yī)療器械的發(fā)展，促進(jìn)了整體硬質(zhì)合金小鉆頭的發(fā)展。微孔鉆削常要求具備高達(dá)112104R/MIN的轉(zhuǎn)速。為了提高鉆頭剛性，這種小鉆頭多采用韌性高、抗彎強(qiáng)度高的細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金材料制成。在結(jié)構(gòu)上，小于1MM的鉆頭常制成粗柄的，而直徑稍大些的，則制成短型整體硬質(zhì)合金鉆頭。整體硬質(zhì)合金小鉆頭使用時(shí)應(yīng)注意消振、對(duì)中、排屑及冷卻問(wèn)題，一般應(yīng)采用傳感器進(jìn)行監(jiān)控。如美國(guó)麻省理工學(xué)院就研制了整體硬質(zhì)合金小鉆頭的同位素監(jiān)控方法9。日本東芝鎢株式會(huì)社的小直徑鉆頭分為UH0103MM、RH03165MM、COS16MM三種系列。蘇聯(lián)BHNN也研制了042MM的粗柄硬質(zhì)合金鉆頭，比同種規(guī)格的高速鋼鉆頭壽命提高100倍。試驗(yàn)說(shuō)明，用088MM的直柄硬質(zhì)合金鉆頭加工難加工材料和耐熱合金材料，效果很好。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸深孔加工技術(shù)迅速發(fā)展，是適應(yīng)了生產(chǎn)高速度、高效率、高壽命以及高可靠性的要求。隨著數(shù)控機(jī)床、加工中心的發(fā)展和生產(chǎn)的高效率化，這種趨勢(shì)將更加明顯。因此，花大力氣發(fā)展硬質(zhì)合金孔加工刀具的設(shè)計(jì)、制造能力成為許多工具制造商的一種決策選擇。深孔鉆分類深孔鉆按排屑方式的不同，可分為外排屑和內(nèi)排屑兩種（圖11）。其中，冷卻液由空心鉆桿中輸入，經(jīng)過(guò)切削區(qū)帶著切屑由被加工零件的孔和鉆桿外壁間排出的，稱為外排屑式，而冷卻液由被加工零件的孔和鉆桿外壁之間輸入，經(jīng)過(guò)切削區(qū)帶著切屑由空心鉆桿的孔中排出，則稱為內(nèi)排屑式。兩種排屑方式相比，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)排屑方式，內(nèi)排屑方式中切屑不受導(dǎo)向鍵的阻礙，不易劃傷已加工孔的表面，且排屑通暢，鉆桿剛性高。對(duì)于深孔鉆頭而言，一般可分為以下幾種（圖12）1）外排屑深孔鉆頭10外排屑深孔鉆頭包括一個(gè)帶有單獨(dú)V形切削刃和一個(gè)冷卻液孔的鉆頭部、一個(gè)單獨(dú)溝槽的管形鉆桿和按適應(yīng)于某一個(gè)主軸槽孔或一個(gè)固定槽孔而設(shè)計(jì)的一個(gè)傳動(dòng)器。切削刃從孔的一側(cè)切削通過(guò)中心，不象麻花鉆頭那樣會(huì)留有受到鉆心擠壓的材料區(qū)域。外排屑深孔鉆因最初主要用于軍事工業(yè)中槍管、炮管的加工，因而得名。它主要用來(lái)加工直徑范圍在330MM，長(zhǎng)徑比超過(guò)100的深孔，加工孔的經(jīng)濟(jì)精度在IT8IT10級(jí)之間，加工表面的表面粗糙度RA3208。圖11深孔刀具的排屑方式A）內(nèi)排屑B）外排屑2）內(nèi)排屑深孔鉆頭內(nèi)排屑深孔鉆頭和常規(guī)的深孔鉆頭的不同處在于鉆頭的結(jié)構(gòu)、切削液的引入和切屑排除的方式。但因?yàn)橐彩菃我磺邢魅?，支持承托的布局和常?guī)深孔鉆頭相似，所以導(dǎo)向原理是一樣的。這種刃具能按正圓形軌跡切削，而且鉆頭是沿著它自己的中心線前進(jìn)的。內(nèi)排屑深孔鉆適于加工直徑在20MM以上、長(zhǎng)徑比不大于100的深孔，加工精度IT7IT10級(jí)，加工表面的表面粗糙度RA3216。3）噴吸鉆內(nèi)排屑深孔鉆存在著環(huán)形油液通道損失大的缺點(diǎn)，加工時(shí)需采用較高的壓力和流速，為此，研制出來(lái)一種生產(chǎn)效率高、加工質(zhì)量好的鉆削技術(shù)噴吸鉆。它是用于加工長(zhǎng)徑比不超過(guò)100、直徑在1665MM的孔，精度在IT9IT11級(jí)，加工表面粗糙度在RD3208。噴吸鉆采用兩根同心鉆桿，通過(guò)連接器將刀具連接到機(jī)床上。切削液流入外鉆桿與內(nèi)鉆桿之間，大部分切削液總流量的三分之二流向切削區(qū)域，而小部分切削液總流量的三分之一高速?gòu)膬?nèi)鉆桿尾部的月牙槽流出，造成鉆桿尾部形成一個(gè)低壓區(qū)，從而使切屑能迅速排出。（1）單刃外排屑深孔鉆頭（4）套料鉆（2）內(nèi)排屑深孔鉆頭（3）噴吸鉆圖12深孔鉆頭分類4）套料鉆對(duì)于大直徑的深孔，可采用套料鉆鉆孔。它用于在大型棒料上鉆出120MM以上的深孔。套料鉆刀具有單齒和多齒之分，標(biāo)準(zhǔn)套料鉆刀具如上所述的全直徑刀具一樣，鉆頭上可分為切削部分和支撐部分。套料鉆孔的特點(diǎn)是在切削時(shí)只切一個(gè)環(huán)形孔，所以所需的功率要求較??；刀尖處沒(méi)有零切削速度。另外套孔留下的“料心”可用于其他小直徑零件的生產(chǎn)。本課題要研究和解決的問(wèn)題由于本課題工件材料為TC4，其切削加工性較差11。TC4導(dǎo)熱性低，切屑與前刀面接觸面積很小，至使切削溫度很高，可達(dá)145鋼的2倍化學(xué)活性大。鈦合金在600攝氏度以上的溫度時(shí)，與氣體發(fā)生劇烈的化2學(xué)作用。吸收氣體的鈦層硬度顯著提高。鈦與氧、氮產(chǎn)生間隙固溶體，TIC、TIN等對(duì)刀具有強(qiáng)烈的磨損作用。TC4的塑性較低，特別是和周圍氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，硬度增高，脆性3變大，切削時(shí)剪切角增大，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度很小，使前刀面上的正應(yīng)力很大，刀具容易發(fā)生破損。TC4的彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面的回彈量大。5所以已加工表面都與刀具的主、副后刀面接觸面積特別大，摩擦也很嚴(yán)重。TC4具有比強(qiáng)度大、抗蝕性能好，熱強(qiáng)性好等優(yōu)點(diǎn)，但導(dǎo)熱性差，化學(xué)活性大，刀具耐用度低，所以對(duì)其切削加工性的研究是非常必要的。鈦合金的切削加工性鈦合金按金屬組織分為A相、B相、AB相，分別以TA，TB，TC表示其牌號(hào)和類型。鈦合金相對(duì)一般合金鋼具有以下優(yōu)點(diǎn)1比強(qiáng)變高鈦合金密度只有45G/CM3，比鐵小得多，而其強(qiáng)度與普通碳鋼相近。2機(jī)械性能好鈦合金熔點(diǎn)為1660，比鐵高，具有較高的熱強(qiáng)度，可在550以下工作，同時(shí)在低溫下通常顯示出較好的韌性。3抗蝕性好在550以下鈦合金表面易形成致密的氧化膜，故不容易被進(jìn)一步氧化，對(duì)大氣、海水、蒸汽以及一些酸、堿、鹽介質(zhì)均有較高的抗蝕能力。另一方面，鈦合金的切削加工性比較差。主要原因?yàn)閷?dǎo)熱性差，致使切削溫度很高，降低了刀具耐用度。1600以上溫度時(shí)，表面形成氧化硬層，對(duì)刀具有強(qiáng)烈的磨損作用。2塑性低、硬度高，使剪切角增大，切屑與前刀面接觸長(zhǎng)度很小，前刀面上應(yīng)力很大，刀刃易發(fā)生破損。3彈性模量低，彈性變形大，接近后刀面處工件表面回彈量大，所以已加工表面與后刀面的接觸面積大，磨損嚴(yán)重。4鈦合金切削過(guò)程中的這些特點(diǎn)使其加工變得十分困難，導(dǎo)致加工效率低，刀具消耗大。鈦合金切削加工的普遍原則根據(jù)鈦合金的性質(zhì)和切削過(guò)程中的特點(diǎn)，加工時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面12盡可能使用硬質(zhì)合金刀具，如鎢鈷類硬質(zhì)合金與鈦合金化學(xué)親和力小、導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度也較高。低速下斷續(xù)切削時(shí)可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼。采用較小的前角和較大的后角以增大切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度，減小工件與后刀面的摩擦，刀尖采用圓弧過(guò)渡刃以提高強(qiáng)度，避免尖角燒損和崩刃。要保持刀刃鋒利，以保證排屑流暢，避免粘屑崩刃。切削速度宜低，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量適中，過(guò)大易燒刀，過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。加工時(shí)須加冷卻液充分冷卻。切削鈦合金時(shí)吃刀抗力較大，故工藝系統(tǒng)需保證有足夠的剛度。由于鈦合金易變形，所以切削夾緊力不能大，特別是在某些精加工工序時(shí)，必要時(shí)可使用一定的輔助支承。鈦合金切削機(jī)理的研究（1）氣體雜質(zhì)的影響各種氣體雜質(zhì)對(duì)于鈦合金的可切削性有很大影響，其中最顯著的是氧、氫和氮；鈦合金的可切削性隨著氣體在鈦合金中的含量增加而惡化。鈦元素的化學(xué)活潑性高，具有很強(qiáng)的親和力，很容易與接觸的雜質(zhì)化合，鈦在600以上能與大氣中的氧起作用，超過(guò)650時(shí)，隨溫度的提高而作用增強(qiáng)。在表面出現(xiàn)氧化皮的同時(shí)，氧還向鈦中擴(kuò)散；在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度（8825）以上，氧在鈦中擴(kuò)散特別強(qiáng)烈，以至形成脆化層，且其脆化層厚度隨時(shí)間的增加而增大，即產(chǎn)生所謂“組織化層”。這是鈦被氧玷污而引起的額外硬化，鈦中含氧量愈多，硬化愈甚。氫在鈦中隨溫度的增加而出現(xiàn)的氧化能力，其擴(kuò)散極其強(qiáng)烈，并形成間隙固溶體，產(chǎn)生氫脆性。在室溫下氮對(duì)鈦沒(méi)有影響，高溫時(shí)氮與鈦強(qiáng)烈化合，形成硬而脆的氮化鈦（TIN）?？梢钥闯?，在鈦合金中，氣體雜質(zhì)氧、氫、氮都可使鈦合金脆化，這些雜質(zhì)還具有磨料性質(zhì)，在加工鈦合金時(shí)能加速刀具的磨損；在鍛壓和沖壓后還可形成比原來(lái)材料硬度高得多的硬皮和氧化皮。所有這些，在很大程度上惡化了鈦及鈦合金的可切削性14。（2）材料性能的影響從可切削性的觀點(diǎn)出發(fā)，鈦的各種物理機(jī)械性能是很不利于切削的組合，因?yàn)槊恳环N性能的存在都加重了另一種性能所引起的切削困難。鈦合金塑性小，因而極其顯著地影響其切削時(shí)的塑性變形。如果用切屑的收縮表示被切削層的變形，則鈦合金切屑的收縮系數(shù)等于1（甚至小于1），而普通碳鋼切屑的收縮系數(shù)約等于3，鈦合金較小的值使切屑經(jīng)主切削刃切離后，立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面間僅有一極小的接觸面積（約為鋼材的1/3），從而使作用在車刀接觸面積上的壓力和局部溫度增高；由于鈦合金有很高的強(qiáng)度極限，故造成接觸面積上受到的壓力和局部溫度更高；再加上鈦合金的熱導(dǎo)率很低（僅為鐵的1/5、鋁的1/10，TC8熱導(dǎo)率7955W/MK），極大地限制了刀尖的冷卻條件；此外，高度活潑的金屬鈦還容易和刀具化合產(chǎn)生焊接和粘剝。由于上述性能的綜合，在同樣的切削用量下，加工鈦合金時(shí)刀具單位面積所承受的切削力要比加工一般鋼材時(shí)大得多，切削溫度也高得多，因此使刀具磨損很快，材料的可切削性惡化。（3）含碳量的影響鈦合金的可切削性與含碳量有關(guān)。當(dāng)含碳量大于020時(shí)，合金中會(huì)形成硬的碳化物，使可切削性下降；而含碳量小于020時(shí)，可切削性得到改善。4）加工硬化的影響加工硬化被認(rèn)為是鈦合金加工困難的原因之一。為了確定它的影響程度，我們進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明在任何加工情況下，鈦的加工硬化程度都遠(yuǎn)小于不銹鋼，也小于其它種類容易硬化的鋼。鈦合金嚴(yán)重的硬化是在切削加工中所產(chǎn)生的局部高溫使鈦很容易吸收大氣中的氧和氮形成又硬又脆的外皮而造成的。在正常切削條件下，其硬化深度為01015MM，硬化程度為2030。鈦合金相對(duì)可切削性切削條件的研究刀具材料加工鈦合金時(shí)，不宜使用YT類硬質(zhì)合金刀片。因?yàn)閅T類硬質(zhì)合金刀片中含有鈦，它會(huì)與被加工的鈦合金發(fā)生親和作用，粘掉刀尖。車削鈦合金時(shí)，車刀與切屑的接觸遠(yuǎn)比加工鋼時(shí)小得多，作用在車刀接觸面積上的單位切削刀較大，由于YT類硬質(zhì)合金刀片較脆，因此容易崩刃。一般生產(chǎn)中采用YG類刀片加工鈦合金，盡管其耐磨性較差。通常在粗車和斷續(xù)車削時(shí)采用YG8刀片，精車和連續(xù)車削時(shí)用YG3刀片，一般加工則用YG6X刀片。實(shí)踐證明，含鉭的硬質(zhì)合金YA6（屬于細(xì)顆粒鎢鈷類硬質(zhì)合金）效果較好，由于加入了少量的稀有元素，提高了刀片耐磨性，代替了原有的YG6X，其抗彎強(qiáng)度、硬度也都比YG6X高。在低速切削或切削復(fù)雜型面時(shí)，可采用高釩高速鋼（W12CR4V4MO）和高鈷高速鋼（W2MO9CR4VCO8）刀具，它們是加工鈦合金最好的刀具材料，但因鈷資源少且價(jià)格昂貴，因此應(yīng)盡可能少用，以保護(hù)稀有資源并降低成本15。刀具幾何角度切削鈦合金時(shí)，車刀后角0是所有刀具參數(shù)中最敏感的，因?yàn)榍邢鲗酉碌慕饘購(gòu)椥曰謴?fù)大和加工硬度大，一般采用大后角可使刃口易于切入金屬層，減小后刀面的磨損，但后角過(guò)?。ㄐ∮?5）會(huì)出現(xiàn)金屬的粘附現(xiàn)象；而后角過(guò)大，刀具將被削弱，刀刃容易崩碎。因此，大多數(shù)切削鈦合金的車刀采用15后角。從刀具耐用度來(lái)看，0小于或大于15，都會(huì)降低車刀的耐用度。此外，0為15的車刀刀刃比較鋒利，并可降低切削溫度。由于鈦合金在切削過(guò)程中，會(huì)與空氣中的氧、氫、氮等形成硬脆化合物，造成刀具磨損（主要發(fā)生在車刀前刀面上），因此應(yīng)采用小值前角；此外，鈦合金的塑性低，切屑與前刀面的接觸面積小，為此也應(yīng)選用小值前角，這樣做可增加切屑與前刀面的接觸面積，使切削熱和切削壓力不至于過(guò)分集中于刃口附近，既有利于散熱，又加強(qiáng)刃口，避免因切削力集中而產(chǎn)生崩刃。因此，用硬質(zhì)合金刀具加工（）鈦合金時(shí)，取前角05左右并磨出倒棱F（寬度為00501MM），F(xiàn)010，刀尖磨成R05MM小值圓弧，刃傾角3。但是研究工作表明，車刀前角在2830范圍內(nèi)時(shí)刀具的耐用度最好；刀尖圓弧半徑增大也可以減少刀具的崩落現(xiàn)象。一般車削鈦合金外圓車刀的幾何參數(shù)倒棱F0307MM，F(xiàn)0，0810，015，R05MM，0，R45，R15。機(jī)夾式可調(diào)深孔鉆的設(shè)計(jì)機(jī)夾式可調(diào)深孔鉆的設(shè)計(jì)要求工件材料TC4硬度3540HRC數(shù)量1500件/年主要尺寸及技術(shù)要求見(jiàn)下圖微調(diào)裝置的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)深孔鉆徑向可調(diào)，設(shè)計(jì)如圖所示微調(diào)裝置。其基本工作原理為用緊固螺釘1將刀片固定在刀片座4上，緊固螺釘3將刀片座4固定在刀體上，微調(diào)螺釘2安裝在刀片座上。當(dāng)?shù)镀枰稣{(diào)整時(shí)，先擰松緊固螺釘3，再調(diào)整微調(diào)螺釘，使刀片座能繞緊固螺釘3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能使刀片實(shí)現(xiàn)徑向可調(diào)。圖機(jī)夾可調(diào)深孔鉆1緊固螺釘2微調(diào)螺釘3緊固螺釘4刀片座排屑孔直徑及喉部造型機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀的設(shè)計(jì)1機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀的設(shè)計(jì)要求工件材料TC4硬度3540HRC數(shù)量1500件/年主要尺寸及技術(shù)要求見(jiàn)下圖錐度120錐度120圖某飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸該飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸孔深1000M，孔徑48MM，其長(zhǎng)徑比為2083。按深孔直徑大小屬于特大深孔（200MM以上）。我要設(shè)計(jì)的機(jī)夾式可調(diào)鏜鉸刀是對(duì)該飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸的深孔46進(jìn)行加工擴(kuò)大到48?？状植诙萊A為08。矩形螺紋旋風(fēng)銑刀的設(shè)計(jì)矩形螺紋旋風(fēng)銑刀應(yīng)用于矩形螺紋的粗加工。螺紋形狀如下圖51圖51飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸矩形螺紋旋風(fēng)銑削螺紋的實(shí)質(zhì)就是用硬質(zhì)合金刀具高速銑削螺紋。加工時(shí)工件由主軸帶動(dòng)慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，旋風(fēng)銑刀安裝在車床橫刀架上，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)傳送帶驅(qū)動(dòng)，做高速切削運(yùn)動(dòng)，同時(shí)大溜板縱向進(jìn)給。工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，旋風(fēng)銑刀縱向進(jìn)給量等于工件的一個(gè)導(dǎo)程。旋風(fēng)銑刀粗銑矩形螺紋，由于銑削較其他加工方法較快，因此可以提高生產(chǎn)效率。刀片的選擇511刀片材料的選擇加工TC4時(shí)，宜采用偏小前角R0010以提高切削刃的強(qiáng)度，與偏低的切削速度V3050M/MIN。切削深度和進(jìn)給量均宜適當(dāng)增大，避免切削刃和刀尖劃過(guò)硬化層，對(duì)切削液應(yīng)采用極壓切削油或極壓乳化液，同時(shí)采用噴霧冷卻辦法，以降低切削溫度。但是，根據(jù)機(jī)械加工工藝手冊(cè)，硬質(zhì)合金YG643M具有較高的高溫硬度、高溫韌性，通用性好，優(yōu)于YG6X、YA6及YW2，適用于加工鈦合金。512刀片尺寸及外形由于本設(shè)計(jì)旋風(fēng)銑刀，銑削寬度為45，如圖52圖52旋風(fēng)銑刀刀片尺寸銑刀刀體的確定根據(jù)最大銑削深度選擇山特維克標(biāo)準(zhǔn)刀體R/L22152236S52MM,外徑D100，齒數(shù)8個(gè)，具體尺寸見(jiàn)圖53。銑刀附屬零件根據(jù)刀體而選用，均選用標(biāo)準(zhǔn)件。其中刀片座、擠壓塊可選用與刀體和刀片相配套的零件，雙頭螺釘、彈簧、十字槽頭螺釘和定位銷根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用標(biāo)準(zhǔn)件。錐度120錐度120矩形螺紋成形