1.2試驗條件

工件材料為TA15鈦合金，工件總長度為1100+0.50mm,直徑為55+0-0.1mm,待加工內孔直徑為35+0.10mm、表面粗糙度為Ra≤0.8μm，如圖2所示。TA15鈦合金化學成分及力學性能如表]與表2所示。

針對被加工零件粗糙度及尺寸要求,TA15鈦合金加工方案采用深孔鉆削、深孔鎮削和深孔術磨等工藝流程，具體工藝流程如圖3所示。其中鉆孔是影響該零件加工的關鍵技術，鉆削后工件的內孔直徑為30+0.10mm,表面粗糙度為Ra≤3.2μm,之后再通過鎮削和研磨等工藝流程達到最終要求。本文僅針對鉆削過程進行研究分析設備選用T2120深孔鉆鎮床，鉆桿長度為3000mm,最大鉆削深度為2500mm,使用四爪卡盤裝夾，切削液選用乳化液,試驗設備如圖4所示。在鉆削過程中，對加工孔的直線度要求較高，因此采用工件旋轉，刀具軸向進給的方式進行鉆削。試驗鉆頭采用030mm單刃內排屑鉆頭，刀齒材料選用YG8[8],刀齒與刀體采用焊接方式連接。其中斷屑槽的寬度W-2mm、深度H-0.55mm、圓弧半徑RR的取值范圍為0.6~1.0mmo在刀具前刀面上設置斷屑槽主要是增大切屑的彎曲變形，使長切屑能夠有效折斷。其斷屑機理如下，當切屑從前刀面上流出時，由于帶圓弧斷屑槽的作用，使切屑產生卷曲，增加了切屑的彎曲變形，使切屑材料失去一些塑性，然后頂到孔底，切屑在彎矩作用下再變形，當這種變形達到足夠的程度時，則產生斷屑。試驗鉆頭實物如圖5所示，鉆頭幾何參數如表3所示。TA15鈦合金屬于韌性大難斷屑的材料,鉆頭斷屑槽選用內斜型，使切屑卷成里松外緊的形狀。

1.3試驗方法

采用正交試驗設計方法少，研究和分析在鉆削過程中斷屑槽圓弧半徑R、主軸轉速n和進給量f這3個參數對切屑形態的影響規律。根據TA15鈦合金的材料性能和相關研究將因素設置成不同的3個水平，如表4所示。

2、試驗結果與分析

在深孔加工中，鉆削是在封閉空間下進行的，排屑空間小，排屑條件惡劣,工件能否順利排屑是關鍵問題,排屑主要是對切屑的處理和控制。切屑的寬窄、卷曲的形狀、切屑的長短都直接影響排屑情況。表5和表6分別為TA15鈦合金深孔鉆削正交試驗設計表和試驗加工情況表，采用L9(34)正交實驗表進行9組深孔鉆削試驗，觀察每次試驗的切屑形態，對鉆削過程中切屑形態的變化進行分析比較。 

當R=0.6mm時,觀察試驗序號1、2和3可知，隨著進給量和主軸轉速的增大，對切屑形態的影響不是很明顯，均產生纏繞擠壓螺卷屑，擠壓螺旋屑，如圖6a、b所示,且無法進行正常加工，出現堵屑嚴重現象。這主要是由于斷屑槽圓弧半徑太小，切屑不能圓滑的滑過斷屑槽產生卷曲，對斷屑槽產生沖擊，導致切屑被擠壓折疊，無法折斷，隨著加工的進行,最終在排屑通道中堵死,造成刀具嚴重破損。

當R=0.8mm時，進給量為0.28mm/r,主軸轉速為335r/min時，切屑形狀發生改變，出現長短螺旋屑、長螺卷屑和少量的C型屑產生，如圖6c、e。這是由于斷屑槽圓弧半徑R的增大，減小了切屑對斷屑槽的沖擊，使切屑能夠順利滑過斷屑槽并產生卷曲，使切屑增加_部分附加變形,使切屑材料失去一些塑性,之后頂到孔底，切屑在彎矩作用下再變形，最后發生斷屑。但在試驗4結果所示中，加工狀況為輕微堵屑，因此說明進給量和主軸轉速對切屑形態也有影響。當進給量從0.28mm/r增大到0.36mm/r,主軸轉速從335r/min增大到450r/min時,切屑形態出現纏繞長螺卷屑、長螺旋屑，加工狀況為堵屑和刀具嚴重破損。這是由于主軸轉速的進一步增大，使切削溫度增加,材料塑性便會進_步增大，加劇了刀具磨損,導致切屑更加難折斷所產生的，如試驗5結果所示。當進給量從0.36mm/r繼續增大到0.45mm/r,主軸轉速從450r/min減小到255r/min時,出現C型屑、短螺旋屑和短螺卷屑，如圖6d所示，可沿鉆桿順利排出，無堵屑現象，加工順利。隨著進給量的進一步增大，使切削力增大,切屑厚度增加，而隨著主軸轉速的降低,導致切削溫度減小,使切屑的斷裂應變值減小,降低了刀具磨損,使切屑能夠及時折斷，形成短切屑，能夠順利排出,如試驗6結果所示。

當R=1.0mm時,觀察試驗7~9可知，改變進給量和主軸轉速，切屑型態出現纏繞長螺卷屑和長螺旋屑，如圖6e、f所示。這主要是由于斷屑槽圓弧半徑太大,使切屑在滑過斷屑槽時的卷曲半徑增大,降低了切屑的變形,無法及時折斷，從而出現纏繞長螺卷屑和長螺旋屑，造成排屑通道堵屑，切削振動，加劇了刀具的磨損。

綜合上述分析，在深孔鉆削過程中，斷屑槽圓弧半徑的大小對切屑形態影響最為明顯。合理地選用斷屑槽圓弧半徑、主軸轉速和進給量，可以形成較理想的C型屑、短螺卷屑和短螺旋屑，保證加工的順利進行。

3、結語

基于難加工材料TA15鈦合金的深孔鉆削試驗,采用正交試驗設計方法,研究和分析了斷屑槽圓弧半徑、主軸轉速和進給量對切屑形態和切削狀態的影響，得出以下結論。

(1)在鉆削加工過程中,斷屑槽、進給量及主軸轉速的大小對切屑形態均有影響,其中斷屑槽圓弧半徑的大小對形成C型屑、短螺旋屑起主要影響作用。

(2)選取鉆頭斷屑槽圓弧半徑R=0.8mm,機床主軸轉速門=255r/min,進給量/=0.45mm/r時,切屑形態主要為C型屑、短螺卷屑和短螺旋屑，排屑順暢，鉆削過程平穩。

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第一作者：馮亞洲，男,1984年生，博士，講師，主要研究領域為弱剛性復雜曲面零件自適應加工、難加

工材料深孔加工切削機理等。已發表論文10余篇。

E-mail:asian5921@126.com通訊作者:黃帥澎，男,1995年生，碩士研究生，主要從事深孔加工技術方面的研究。E-mail:739919657@qq.com