1 引言

　　由于钛合金具有比重小（密度是4.4kg/m3）、比强度与热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等优点，可以显著减轻产品重量，提高推重比、结构的抗热能力和可靠性，所以在航空、航天、石油、化工、军工等部门得到广泛应用。但是其性价比较差，特别是孔加工的效率很低，这在很大程度上制约着钛合金产品的加工质量和生产效率。

　　2 钛合金简介

　　钛合金是利用钛在不同温度下形成的两种不同组织结构，加入不同种类数量的元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到的。随着添加其他合金元素的种类，数量不同，相变、温度及相分含量也逐渐改变，从而得到不同的钛合金，室温下可分为α、（α+β）、β型三种基本组织。

　　2.1 影响钛合金切削加工性的因素

　　钛合金属难加工材料。钛合金的切屑加工性比奥氏体不锈钢差，退火或固熔处理的钛合金切削加工性低于高温合金，而经过时效处理后的钛合金切削加工性和高温合金差不多。导致钛合金切削加工性较差的原因主要有以下几个：

　　（1）导热、导温系数小，切削温度高。钛合金的导热系数平均是工业纯钛的一半，导温系数分别为铁和铝的1/4和1/16。因此在相同的切削条件下，钛合金的切削温度比45钢高1倍以上。

　　（2）切削变形系数小，单位面积上的切削力大。钛合金的切削变形系数小于1或接近1，钛合金切屑被主切削刃切离后，立即向上翻卷，使切屑与刀具前刀面接触减小，刀具单位面积上所承受的压力要比一般钢材大得多，导致切屑温度急剧上升。

　　（3）化学活性大。钛合金在300℃以上非常容易与刀具材料“亲和”，易产生表面变质污染层，导致表层硬度和脆性上升，易使刀具产生缺口、崩刃、剥落等现象，这样就增加了磨刀次数，延长了停机时间和机床调整时间，降低了生产率。

　　（4）粘刀现象严重。钛合金材料的粘刀现象严重，极容易产生积屑瘤，将引起工件尺寸变化，影响到产品装配质量，甚至会导致零件报废。

　　2.2 刀具材料的选择

　　切削加工钛合金的刀具材料，要求抗变强度高、硬度高、韧性好、热硬性好、耐磨性好，还要散热好，切削刀具要求刀面表面光洁，刃口锋利。对多刃刀具，应控制切削刃的跳动量.目前应用的有：高速钢、粉末冶金高速钢、硬质合金及PCD、CBN、金属陶瓷等超硬材料.

　　2.3 刀具的修磨及修磨标准

　　高速钢刀具由于韧性好，对碰撞不敏感，硬质合金硬而脆，对碰撞敏感，刃口易崩.在刃磨中，对硬质合金的操作和放置十分小心，防止刀具间的碰撞和刀具摔落.高速钢刀具精度相对较低，价格较低一般由工厂刀具车间进行修磨，硬质合金送专业修磨中心修磨，需要的修磨机床有磨槽机：磨钻头等刀具的槽或背.磨顶角机：磨钻头的锥形顶角（或称偏心后角）.修横刃机：修正钻头的横刃.手动万能刀具磨床；磨外圆、槽、背、顶角、横刃、平面、前刀面等.CNC磨床：一般是五轴联动，功能由软件确定。一般维修数量大，精度高，但不复杂如钻头、铰刀等。这类磨床主要供应者来自德、美、澳、瑞士和日本。是否拥有一套成熟的修磨标准是衡量一个修磨中心是否专业的标准，在该标准里，规定了不同刀具在切削不同材料时其切削刃的技术参数，包括刃倾角、顶角、前角、后角、倒刃、倒棱等。在硬质合金钻头中，使刀刃钝化的工序叫“倒刃”，倒刃的宽度与被切削材料有关，一般在0.03-0.25mm之间。在棱边上（刀尖点）倒角的工序叫“倒棱”。HM钻头与HSS钻头的区别：前者顶角一般是118°，有时大于130°；刀刃锋利；对精度（刃高差、对称度、周向跳动）要求相对低。横刃有多种修法。后者顶角一般为140°，直槽钻为130°，三刃钻为150°。刀刃和刀尖（棱边上）不锋利，经常被钝化，或称倒刃或倒棱，对精度要求高，横刃经常修磨成S型利于断屑。

　　2.4 刀具的检测

　　常用对刀仪、投影仪、和万能刀具测量仪来检测。对刀仪对加工中心等设备的对刀准备，如长度等，也可以检测角度、半径，阶梯长等参数，投影仪类似，但是二者均不能检测刀具后角，而万能测量仪可以检测大部分几何参数，包括后角。刀刃的后角对刀具而言十分重要。后角太大，刃虚易崩、易扎刀；后角太小，则摩擦太大、切削不利。一般而言，后角随刀具直径的变大而减小。另外，被切削材料硬，则后角小些，否则，后角大些。

　　3 钛合金钻孔加工工作情况分析

　　由于钛合金弹性回弹大，故当钻头刀尖接触工件时，刀尖与工件接触面积增大，使刀尖受轴向力增大，刀尖易造成磨损和破损。钻头进入工件后由于钛合金的径向弹性收紧及导热性能差，使钻头受较大径向及轴向力，普通钻头易出现加工困难、磨损加剧的现象。钛合金化学活性高，在高温高压下加工，与刀具材料起反应，形成溶敷，扩散而成合金，造成粘刀具，切屑不易排出，往往产生钻头被咬住、扭断钻头等现象。选取专用钛合金加工的高速钢钻头，通过增厚钻芯和尽量减小其长度的方法提高刚性。对于数控加工可使用深钻固定循环指令，使钻头钻入1mm-1.5mm后即退刀，再钻后再退刀，以改善散热、润滑条件及减小弹性力。不允许钻头不进给而在孔内打转，以免引起加工硬化。实际加工中测得孔径一般都比钻头直径小0.1mm左右，这也是钛合金材料特性的表现之一，因此钻孔时可使用比标注直径大0.1mm左右的钻头。钻孔前需用中心钻点中心孔，并在对刀机上检查钻头端部，控制刀刃跳动量小于0.02mm。

　　有螺纹底孔设计的应提出公差要求，在满足螺纹精度要求的前提下，螺纹底孔尽量加工到螺纹小径的上差，如有必要钻孔后可以铰孔，以满足公差要求。钛合金材料钻孔时需使用比底孔直径大0.1mm左右的钻头，以抵消回弹量。同时需使用锋利的钻头钻底孔，减小螺纹底孔的表面硬化层。

　　钛合金钻削加工时使用的冷却液最好不要使用含氯冷却液。因为在切削过程中，切削液在高温下分解释放出氯气，被钛吸收后引起氢脆，同时，氯还可能引起钛合金高温应力腐蚀开裂。钻削浅孔时，可使用电解切削液；钻削深孔时，可用N32机械油加煤油，配比是3：1.5，也可用硫化切削液。适当配置钛合金加工的冷却液可延长切削刀具的寿命；另外禁止使用低熔点金属及其合金（铅或锌基合金，铜、锡和镉及合金）制作的工装、夹他装置必须清洁无污垢。加工后的钛合金表面不允许残留铅、锌、铜、锡和镉等低熔点金属。如有残留，应使用氢氟酸和硫酸亚铁溶液仔细清洗。装卸清洗钛合金工件时，必须防止油脂及指纹污染，以避免发生盐应力腐蚀，使钛合金工件断裂。

　　4 国外先进经验和做法

　　国外主要发展的是涂层刀具和超硬刀具材料[2]。近几年由于国外涂层工艺和涂层方法的不断成熟，使得涂层成分不断复杂和多样化，甚至针对每一种工件材料都有一种最合适的涂层材料，而且出现了梯度涂层、纳米涂层、软涂层、超硬涂层等性能更好的涂层，所以越来越多的涂层刀具已经在国外应用到钛合金的高速切削加工中，并显示了良好的优越性。由于金刚石和立方氮化硼刀具的价格非常昂贵，国内科研单位和企业基本承担不起，没有展开深入的研究和广泛的应用。而国外已经开始了使用金刚石和立方氮化硼刀具高速切削钛合金的研究和应用。

　　5 结语

　　行业的发展对刀具的加工制造不断提出更高要求，在目前国内投入不足情况下，细分加工情况，建立刀具修磨中心，积累加工数据不失为一个有效解决途径.