【正文】 導(dǎo)向塊焊于導(dǎo)向塊座槽內(nèi)，加工時(shí)，要對(duì)導(dǎo)向塊頂?shù)母叨群突《冗M(jìn)行準(zhǔn)確校驗(yàn)。 圖 316 Φ 70 普通型機(jī)夾式深孔鉆導(dǎo)向塊 如圖 316 所示，根據(jù)資料 [6]，由資料 [10]選取導(dǎo)向塊 E909。連接圓柱在切削方向上均銑出 3mm 深的平臺(tái)，用以與夾緊刀齒座的緊定螺釘相連接。刀齒背除外齒以外均取 5mm，為保證刀體強(qiáng)度外齒齒背取 3mm 厚。刀齒座寬度均采用與刀齒相同的尺寸。設(shè)計(jì)各刀齒座如圖 315所示。 （ 3）刀齒座設(shè)計(jì)。和 10176。具體刀體圖如圖 314 所示。具 29 體方案效果圖如圖 313 所示。 （ 2）刀體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。將其帶入 (33)式進(jìn)行矯正得： 35882881021 ?????????? KFFiFCA mm，符合要求，故確定刃齒寬度。p? ，取每一切削方向后角在刃齒上寬度為 。 圖 312 φ 70 切削刃參數(shù)分配 A 28 將選定齒寬代入式 (34)中得： 44888281021 ???????????? FFFiCA mm 遠(yuǎn)大于 )2~1( ?od = )2~1( ?? =36~37mm。 代入 (33)、 (34)兩式，得 8882881021 ????????? FFiFCA mm 遠(yuǎn)大于 (1~3)mm。中間齒 F =8mm。由于 5 刀齒機(jī)架式多齒內(nèi) 排屑深孔鉆的搭接處由 3 齒的兩處變?yōu)?5 處，故為保證足夠的搭接量，取不等式右邊為 )2~1( ?od mm。但過大的寬度差會(huì)影響切削的穩(wěn)定性，故取寬度差 1~3mm。由資料 [6,6465]選取 5 刀齒結(jié)構(gòu)。故為節(jié)省空間，導(dǎo)向塊采用過度配合方式與刀體鏈接。采用齒座底平面及側(cè)面與刀體相配合，進(jìn)行定位。如圖 310所示為導(dǎo)向塊體。 1中間齒； 2導(dǎo)向塊； 3刀齒座 圖 39 緊湊型主切削刀齒塊 （ 6）導(dǎo)向塊體設(shè)計(jì)。的切深方向后角 39。同時(shí)，為了使刀體塊不會(huì)輕易從刀體上掉下，在齒座下端設(shè)計(jì)一圓柱結(jié)構(gòu)，并磨出一平面，使用緊定螺釘進(jìn)行夾緊固定。中間齒和導(dǎo) 向塊焊于其上。 123 26 （ 5）副切削刀齒塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用齒座底平面及側(cè)面與刀體相配合，進(jìn)行定位。 如圖 38 所示為主切削刀齒塊。 因?yàn)橹睆捷^小，難以采取每一刀片分別設(shè)計(jì)刀齒座的結(jié)構(gòu)。為保證刀齒塊在非切削狀態(tài)下不會(huì)輕易掉出刀體，在定位側(cè)面的相對(duì)方向上采用緊定螺釘將刀齒塊加 以緊定。 圖 311 φ 30 緊湊型刀體 （ 3）刀體設(shè)計(jì) 參考目前已經(jīng)使用的深孔刀具結(jié)構(gòu)，結(jié)合各刀齒塊的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)如圖 311 所示刀體。由資料 [10]選取外齒 E805中心齒 E606Z、中間齒 E706。 圖 37 φ 30 緊湊型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu) 結(jié)合附錄 A，并參考資料 [10],選取刀片尺寸外齒寬 A=，中心齒寬度A C i Fd oe 25 (C+i)=6mm，中間齒 F=5mm，偏心量 e=5mm。 由資料 [6,6465]可知，有公式： mmFiCA )3~1(???? (31) mmdFiCA o )1~( ????? (32) 圖 36 φ 30 切削刃參數(shù)分配 (31)式表示刀齒上的徑向切削合力應(yīng)壓向?qū)驂K，使切削更加平穩(wěn)。 φ 30 緊湊型機(jī)夾式多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）切削齒負(fù)荷分配。pα39。因?yàn)殁伜辖饘儆陔y斷屑材料， 故選取斷屑臺(tái)斜角 ? 為內(nèi)斜型，取其值為 ?3 。斷屑臺(tái)具體參數(shù)應(yīng)針對(duì)具體加工材料選定。多刃錯(cuò)齒內(nèi)排屑深孔鉆由于錯(cuò)齒結(jié)構(gòu)，一部分徑向力得到抵消，較單齒刀具更加穩(wěn)定，故可以相應(yīng)取小一些，具體尺寸根據(jù)刀片選取。因此深孔鉆直徑應(yīng) 相應(yīng)增大，結(jié)合鈦合金彈性模量小，彈回量大的特點(diǎn)，取刀具直徑公差 0~+。1rk 為 ?15 。p? 為 ?5 。因此，應(yīng)適當(dāng)增大后角，取后角 o? 為 ?5 。后角主要也根據(jù)材料選取。但由于中心齒不易磨出斷屑臺(tái)，致使內(nèi)刃高于中心，對(duì)切削不利，因而內(nèi)刃應(yīng)磨出一定一定刃傾角，取 ?? 為 ?5 。r1α oτγ oτ 23 和切削熱集中，容易產(chǎn)生磨損，所以優(yōu)化選取前角 o? 為 ?5 [13]。r1α39。前角大小一般由加工材料決定。為了保證徑向力始終壓向?qū)驂K一邊，同時(shí)為了避免刃磨時(shí)碰傷中間齒，內(nèi)刃余偏角通常要取大一些 。通過適當(dāng)減小余偏角，可使徑向力減小，有利于改善導(dǎo)向塊的受力狀態(tài)，減小鉆頭的走偏，并能改善切屑流動(dòng)方向，使排屑順暢。 （ 1）余偏角。 刀具幾何參數(shù)設(shè)計(jì) 刀齒角度設(shè)計(jì) 作為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的切 削刀具，為實(shí)現(xiàn)更好的切削效果。 綜合以上資料，選擇采用機(jī)夾小刀塊式內(nèi)排屑多齒深孔鉆削結(jié)構(gòu)。 22 故無法選擇可 轉(zhuǎn)位刀片式結(jié)構(gòu)。 圖 33 山特維克可樂滿 TMAX 可轉(zhuǎn)位刀塊式深孔鉆 任務(wù)書所要求加工直徑屬于中小孔徑，杠桿壓緊式結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，很難在較小的結(jié)構(gòu)中使用。結(jié)合任務(wù)書所要求鉆削直徑，確定選擇多齒內(nèi)排屑深孔鉆結(jié)構(gòu)。 1外刃刀塊； 2內(nèi)刃刀塊； 3導(dǎo)向塊； 4刀體； 5緊固螺釘 圖 31 機(jī)夾小刀快式內(nèi)排屑深孔鉆 21 1外齒； 2中心齒； 3內(nèi)齒； 4導(dǎo)向塊 圖 32 杠桿壓緊式深孔鉆 內(nèi)排屑深孔鉆可分為單齒內(nèi)排屑和多齒內(nèi)排屑兩類。 （ 5）內(nèi)排屑深孔鉆既可用于鉆孔，也可在一定的余量范圍內(nèi)用于擴(kuò)孔。 （ 4）加工范圍廣。 （ 3）由于排屑空間大，相應(yīng)的冷卻潤(rùn)滑液壓力比槍鉆低，一般為 ~3MPa。因此，內(nèi)排屑深孔鉆有以下特點(diǎn)： （ 1）由于切屑是由鉆桿內(nèi)部排出，切屑不會(huì)劃傷已加工表面，已加工表面質(zhì)量好，排屑順暢。長(zhǎng)徑比 mmdL 1 0 0~? 屬于中小孔徑的難切削材料深孔鉆削加工。具體選用標(biāo)準(zhǔn)參考 JB/T 79041999（見附錄 A）。刀片產(chǎn)品方面只有自貢硬質(zhì)合金有限公司、成都工具研究所等少數(shù)幾家專業(yè)硬質(zhì)合金生產(chǎn)企業(yè)有成型產(chǎn)品銷售。選取 YG8 為切削刃材料。目前，這一理論還需要更多的驗(yàn)證。在高速下，刀具磨損則以擴(kuò)散磨損為主。根據(jù)目前初步研究表明，刀具在不同切削速度范圍內(nèi)，磨損機(jī)理是不同的。通過研究表明，在比較低的切削速度下，含鈦刀具很容易粘結(jié)，切削效果差。 結(jié)合以上原則，在各類硬質(zhì)合金中只有 YG 類合金為不含鈦成分，故只能選擇YG 類合金。此類合金硬度很高，為 90~94HRA，達(dá)到了陶瓷的水平，有很高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，與工作材料的親和力小，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，因此刀具耐用度可比WC 基硬質(zhì)合金提高幾倍。 以上三類硬質(zhì)合金的主要成分都是 WC，統(tǒng)稱為 WC 基硬質(zhì)合金。此類合金如果適當(dāng)增加含鈷量，強(qiáng)度可以很高，能承受機(jī)械振動(dòng)和由于溫度周期變化而引起的熱沖擊，可用于斷續(xù)切削。 此類硬質(zhì)合金不但適于加工冷硬鑄鐵。這是在上述硬質(zhì)合金成分中加入一定量的TaC(Nb)，常用的牌號(hào)有 YW1和 YW2。主要用于加工切屑呈帶狀的鋼件等塑性材料。 此類合金有較高的硬度和耐熱度。常用牌號(hào)有 YT YT1 YT15 及 YT30。 （ 2）鎢鈦鈷類（ WC+TiC+Co） 合金代號(hào)為 YT，對(duì)應(yīng)于國(guó)標(biāo) P類。此類合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工，鈷含量低，適于精加工。數(shù)字表示 Co 的百分含量， X 表示細(xì)晶粒。 (1)鎢鈷類（ WC+Co） 合金代號(hào)為 YG，對(duì)應(yīng)國(guó)標(biāo) K 類。 P 類：主要成分為 WCTiCCo,相當(dāng)于我國(guó)的 YT 類，用于加工長(zhǎng)切屑黑色金屬。 ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）將切削用硬質(zhì)合金分為三類。 硬質(zhì)合金刀具簡(jiǎn)介 硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物（如 TiC、 WC、 TaC、 NbC 等）和金屬粘結(jié)劑（如Co、 Ni 等）經(jīng)粉末冶金方法制成。另外，陶瓷材料、聚晶立方氮化硼和聚晶金剛石等材料目前價(jià)格相對(duì)較高，貨源相對(duì)緊張。最常見的高速鋼硬度 84~85HRA（相當(dāng)于 ~[10,62]）顯然無法滿足硬度達(dá)到 67~74HRC 的鈦合金的切削。 此外，良好的工藝性能和經(jīng)濟(jì)性也是鈦合金深孔刀具切削刃選擇時(shí)需要考慮的因素。 導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量越容易被傳導(dǎo)出去，從而降低道具表面的溫度梯度；熱脹 系數(shù)小，可以減小熱變形；彈性模量小，可以降低因熱膨脹而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度。 刀具在斷續(xù)切削或使用切削 液時(shí)，常受到很大的熱沖擊，因此刀具內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致斷裂。針對(duì)切削溫度很高的鈦合金，對(duì)切削刃材料的耐熱性有較高的要求。 除了高溫硬度外，刀具材料還應(yīng)當(dāng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的粘結(jié)和擴(kuò)散的能力。 (3)高的耐熱性 耐熱性是衡量刀具材料切 削性的主要標(biāo)志，通常用高溫下保持高硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能來衡量，也成熱硬性。 (2)足夠的強(qiáng)度和韌性 要使刀具在受到很大壓力，以及在切削過程中通常要出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)的條件下工作，并且不不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。同時(shí)，也和材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織及摩擦區(qū)溫度有關(guān)。一般來說，刀具 材料的硬度越高，耐磨性越好。硬質(zhì)合金刀具硬度為 89~93HRC[8]，符合所需要求。鈦合金作為一種高硬度材料，其硬度達(dá)到 60~74HRC[9]。刀具材料從工件上切下切屑，其硬度必然大于工件材料硬度。 (1)高的硬度和良好的耐磨材料。刀 具在這種高溫、高壓和劇烈摩擦環(huán)境下工作，采用不適當(dāng)?shù)牟牧蠒?huì)使刀具迅速磨損或破損。后刀面與加工表面的摩擦面增大，刀具切削抗力增大。據(jù)資料 [7,380]鈦合金含氧量從 %下降到 %時(shí)，刀具壽命可提高 4 倍。 （ 5）鈦合金材料化學(xué)活性高，切屑粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，易使刀具產(chǎn)生擴(kuò)散磨損和磨料磨損。另外，鈦合金的導(dǎo)熱率小，散熱條件差，也造成切削溫度高的重要原因。 （ 4）切削溫度高。 （ 3）刀尖角應(yīng)力大。 （ 2）刀 屑摩擦劇烈。 因此，切削鈦合金時(shí)，切屑與前刀面的接觸長(zhǎng)度很小，切屑呈擠裂節(jié)狀，擠裂切屑背面出現(xiàn)深而寬的裂紋；鈦合金切屑與前刀面接觸溫度很高，使前刀面對(duì)切屑底層的擠壓與摩擦減??；切削區(qū)的高溫引起 α Ti 和 β Ti 的變化、轉(zhuǎn)化，使切屑組織發(fā)生變化；高溫下，鈦合金吸收大氣中的氫、氧、氮等元素，因此氫、氧、氮等氣體飽和了的并且大多是初生 α相組織的切屑失去塑性，不出現(xiàn)一般的收縮。切削鈦合金時(shí)，形成擠裂切屑，其變形過程比 P 類材料的復(fù)雜的多。 部分鈦合金物理、力學(xué)性能見表 2表 22 表 21 部分退火鈦及鈦合金的物理性能 牌號(hào) 物 理 性 能 密度ρ / 3??cmg 熔點(diǎn) /℃ 線脹系數(shù) 610? ℃ 1? 熱導(dǎo)率λ / 11 ?? ?? KmW 彈性模量 E /MPa TA1 — 1677 106330 TA2 TA3 TA4 — — 123480134260 TA5 — — — 101920 TA6 — 102900 TA7 15901640 17600 TC1 — — 102900 TC2 15701640 — 107800117600 TC3 — — — — 111720 TC4 15701650 110740 TC9 — — 115640 TC10 — — — 106134 14 表 22 部分退火鈦及鈦合金的力學(xué)性能 牌號(hào) 力 學(xué) 性 能 抗拉強(qiáng)度 b? /MPa 伸長(zhǎng)率 ? /% 斷面收縮率 ? /% 沖擊韌度 / 2??cmJ TA1 343 25 50 78 TA2 443 20 69 TA3 539 15 40 49 TA4 — — — — TA5 686 15 40 59 TA6 686 10 27 29 TA7 785 10 27 29 TC1 588 15 30 44 TC2 686 12 30 39 TC3 — — — — TC4 932 10 30 39 TC9 — — — — TC10 1029 12 2530 3439 鈦合金的加工特點(diǎn)及深孔鉆削中的問題 鈦合金雖然具有卓有的使用性能，但其物理、力學(xué)性能也給切削加工帶來了很大的困難。 （ 6）彈性模量小。鈦的熱導(dǎo)率 λ 約為鎳的 1/鐵的 1/鋁的 1/16。能與大氣中的氫、氧、氮等起化合作用，開始強(qiáng)烈吸收氫、氧、氮的溫度分別為 300℃、 500℃和 600℃，元素與鈦合金表面作用后，形成硬脆表層，深度可達(dá) ~，硬化程度為 20%~30%。在海水及海洋大氣中的耐蝕性很高，特別適合與一些特殊領(lǐng)域如航空、石油石化等領(lǐng)域。其工作溫度可達(dá) 500℃，在 300~350℃溫度下，鈦合金的強(qiáng)度比鋁合金高 10 倍。常用α +β鈦合金的強(qiáng)度 GPab ~?? ，密度 3/ cmg?? ，比強(qiáng)度 27~23/ ???b ；而合金鋼的 GP ab ~?? ，密度 3/ cmg?? ，比強(qiáng)度20~16/ ???b 。α鈦合