隨著航空工業的飛速發展，目前我公司在生產中采用了大量的高新技術和高新材料，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，當鉗工因材料，刀具，精度無法保證零件精度要求時，嚴重影響了科研生產的順利進行。隨著對高新材料廣泛應用，結合現有設備和工藝，采用現有的刀具材料，采用新的加工工藝方法在機械加工中得到了充分利用。通過摸索在現有的生產條件下也產生了許多新的加工工藝和加工方法，通過改進不僅能提高產品的質量，提高生產效率，降低生產成本，還能夠降低工人的勞動強度和加工時間，使此類零件加工時的技術難題有了解決的辦法。

　　1零件的結構及加工難點

　　1.1零件現狀分析

　　此零件為空客某機型零件，此零件從外形結構來看，加工并不復雜，零件外形及主要加工尺寸如圖1所示。零件的材料，圖紙上規定為T-A6V(退火)ASNA3304，也就是我們常常所說的TC4材料。

　　圖1零件外形及主要加工尺寸

　　根據前面對零件的分析，可以知道此零件的加工難點主要有以下幾點：

　　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格，要求為±0.05mm；④孔本身的精度要求高，均為7級精度，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，其比強度高、導熱性差、加工硬化嚴重；由于其化學活性大，在一定溫度下與周圍介質容易發生化學反應，產生脆而硬的外皮，加工時塑性和沖擊韌性劇烈下降，刀具磨損和破損嚴重、耐用度低，加工精度和表面質量難以保證，加工效率很低。

　　鈦合金的諸多性能中導熱系數、彈性模量、加工硬化、化學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)鈦合金的導熱率低，約為鐵的1/3，阻礙了機加工過程中所產生熱量的散發，且其比熱低，使得切削區溫升過快，在600℃以上時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生極大的網彈，特別是薄壁零件的加工回彈更為嚴重，易引起后刀面與已加工表面產生強烈摩擦，從而磨損刀具和崩刃。而且在回彈力的作用下會引起零件在機加工過程中偏離刀具。

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

　　1.3傳統的加工工藝

　　由于我單位的鈦合金零件少，因而缺少對材料、相應加工工藝性等的研究，采用傳統的加工方法，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加工，并保證相應的尺寸要求。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，拼裝夾具間的各組件會產生微小的相對位移，從而零件的相對位置度很保證。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廢的一個重要原因。

　　針對上述問題，本文緊密結合此鈦合金零件的生產，著重研究和探討鈦合金材料的加工工藝方法和實用技術，其中包括專用夾具的設計，刀具幾何形狀的合理選擇、切削參數優化等。

　　2專用夾具的設計

　　為了改善零件質量狀況，提高生產率，解決我分廠在鈦合金零件上的加工瓶頸，對加工工藝方法進行了如下的改進。

　　根據零件特點，自行設計制造了專用鉆夾。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，在設計夾具時考慮的夾緊與定位必須簡潔可靠，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，夾具定位基準必須與零件的設計基準相重合；要提高加工夾具的剛性，在設計此夾具時，采用了整體結構形式，且加工零件時的鉆、鉸刀也要盡可能的靠近零件和夾具體。設計的鉆夾如圖2所示：

　　圖2設計好的夾具

　　該夾具選用的材料為30CrMnSiA，夾具采用長寬高為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外徑為φ18(+0.02/0)的孔，并制外徑φ18(0/-0.01)內徑分別為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。該鉆夾的特點是裝夾次數少，避免零件因多次裝夾所產生的定位誤差，難于保證零件尺寸、位置度等要求，同時節省了輔助加工時間，提高了生產效率。

　　3刀具的幾何參數分析與改進

　　鈦合金的加工特性決定了傳統的標準麻花鉆頭鉆削加工鈦合金時存在許多問題，主要從以下幾個方面進行改進：

　　(a)鉆頭頂角小，切削刃長，切下的切屑寬，因而鉆頭扭矩大，軸向抗力也大。同時，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。當鉆頭直徑和進給量一定時，增大頂角，則切屑變窄，單位切屑刃上的負荷減輕。同時，鉆頭外圓處的刀尖角減小。減小了刀尖角的磨損速度，同時有利于散熱，耐用度也得到提高。頂角對前角有很大影響，相應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。通過分析試驗，加工鈦合金時，采取增大鉆頭頂角的方法，一般頂角的取值范圍是135°～140°時鉆削效果較好。

　　(b)鉆頭鉆心厚度小。由于鉆削加工鈦合金時鉆頭承受很大扭矩和軸向抗力。鉆心厚度小，則鉆頭強度低，特別是小直徑鉆頭，鉆頭易發生折斷，需增大鉆心厚度以提高鉆頭強度。所以要適當增加鉆心厚度。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，否則會造成嚴重的加工硬化現象使得刀刃很快磨損。由麻花鉆的外形特點可知切削刃上各點螺旋角是變化的。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，切削刃強度減弱，磨損快，甚至會發生切削刃燒毀等現象。因此合理選擇螺旋角，以適合鈦合金鉆削加工成為關鍵問題。

　　(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，鉆頭后角的標注和要求，都以鉆頭外緣處為準，增大鉆頭外緣處后角，可以使切削刃鋒利，改善切削性能，特別是對鉆心處的鉆削加工有明顯改善。因此，適當的改進鉆頭幾何參數，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，最好選用硬質合金YG8作為刀具材料；加工小于5mm的孔時，可用硬度大于63HRC的高速鋼鉆頭（如M42或B201；當孔深小于直徑兩倍時，采用斜槽（短型）的鉆頭；當孔深大于直徑兩倍時，采用麻花鉆頭。鉆頭的幾何參數：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，可根據鉆頭直徑減少導向刃帶的寬度至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，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

　　4切削用量的選擇

　　選取適當的進給量在鈦合金加工中也很重要。在鈦合金的鉆削過程中，應采用較低的切削速度，以免切削溫度過高；進給量應適中，進給量過大易引起刀刃燒傷。根據實踐經驗，通常取進給量為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，現用特力杰C008合成磨削液，該切削液的具有流動性好，散熱快，減小摩擦力的優點。使用該切削液后光潔度得以提高，切削順利，尺寸穩定。

　　通過以上的改進，使得在零件加工中生產效率有了很大的提高，刀具使用壽命延長，裝夾穩固，快捷，精確。產品質量有了質的飛躍。