TC4 钛合金深孔钻加工难度

TC4 钛合金深孔钻加工

钛合金比强度高、比刚度高、耐腐蚀、抗疲劳性能好,能在超低温和超高温、高应力、强腐蚀环境下稳定工作,广泛应用于航空航天领域 [1]。在航空、航天器中的仪器仪表、传感器、舵骨架、航空发动机等部件制造过程中,常要求加工高精度和高质量的复杂深孔结构 [2-3]。深孔长径比大,加工时处于封闭或半封闭状态,刀具切削情况无法直接观察,难以准确监控刀具状态;排屑路径长且不易排出,易造成已加工表面划伤及刀具崩刃;切削散热困难,热量累积产生高温;加工工艺系统刚性差,易产生振动 [4]。因此与普通孔相比,深孔加工难度大。目前国内外一些学者进行了相关研究。

Zhang 等 [5] 研究了铸铁深孔加工表面质量、亚表层变形与加工条件之间的关系,以及 BTA 深孔钻削机理,提出钻削参数和钻削机理共同决定表面完整性。Zhang等 [6] 通过试验和有限元仿真,提出了铬镍铁合金枪钻过程中枪钻钻尖偏移不一致对深孔直线度偏差影响的理论原因。Kuzu 等 [7] 利用有限元和反传热法建立了微量润滑条件下的蠕墨铸铁深孔钻削热模型,并通过试验验证了模型的可靠性。

枪钻是一种单刃切削自导向外排屑深孔钻头 [8]。深孔加工时高压冷却液通过钻杆 V 形通道液体将热量带走,并利用冷却液压力排屑,且在钻头外径安装有导向条,从而保证刀具的正确导向 [9]。枪钻系统有效提高深孔钻削的断屑排屑性能、冷却润滑效果、制孔精度和质量,广泛应用于小直径孔加工 [10-11]。由于 TC4 钛合金弹性模量和热导率较低,钻削过程产生大量的热 。且深孔钻削的封闭环境限制热量散发,导致钻削温度随钻削深度的增加持续增大。过高的温度会加速刀具磨损,降低孔加工精度,产生加工变质层,生成残余应力。因此需要了解 TC4 钛合金枪钻过程中加工参数对钻削温度的影响规律和加工机理,为工艺参数制定提供可靠依据。

因此,为制定满足精度和质量要求的 TC4 钛合金深孔加工工艺,开展了 TC4 钛合金深孔枪钻试验,研究钛合金深孔钻削成屑机理,分析钻削速度和进给量对钻削温度、深孔尺寸精度和表面质量的影响规律,综合分析之后给出一组应用于实际生产过程的加工参数。
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