495202698毕业设计（论文）机夹式深孔刀具设计.doc

机夹式深孔刀具设计摘 要：深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国民经济发展中发挥着越来越巨大的作用。然而，由于我国深孔加工技术起步较晚，发展不容乐观。本文研究了深孔加工原理。并针对难加工材料钛合金设计了适合加工中小直径深孔的刀具。本文重点在于分析深孔加工过程尤其是深孔钻削过程的工艺特点。初步地对深孔加工工艺特点进行分析。同时立足于石油石化行业，针对当前行业内对钛合金材料的深孔产品的需求，选择难加工材料钛合金作为加工对象。本文介绍分析了目前国内外深孔刀具现状，指出了焊接式深孔钻的缺点。针对焊接式深孔钻的缺点提出了机夹式深孔钻结构。并选择具有代表性的尺寸进行结构设计。提出了适合小直径深孔加工的紧凑型刀具和适合中等直径加工的普通型刀具。针对目前国内深孔机床造价昂贵，装备周期长的问题。本文提出并初步尝试了把普通车床改造为深孔机床的改造设计方案。关键字：深孔刀具；内排屑深孔钻；深孔镗刀；钛合金；机夹式Design of Clip-on Deep Hole Machine ToolAbstract：Deep-hole drilling processing, as a new processing technology developed after World War II , is playing an increasingly significant role in national economic development. However, due to late start of deep hole processing technology, the development of it is not optimistic. In this paper, deep hole principle. And designed processing middle and small diameter hole tools , which was for the titanium alloy which difficult to process materials . of the tool. This article focuses on analysis of deep hole drilling process, especially the process of drilling. Preliminary processing of the hole were analyzed. At the same time based on the petroleum and petrochemical industry, select the titanium alloy as the processing objects. This article describes and analyzes the current status deep hole machining process in domestic and foreign , and pointed out the shortcomings of welding deep hole drilling. Deep hole drilling for the shortcomings of welding made clip-on deep hole drilling machine structure. And select the size of typical structural to design. Put forward the compact tool for the small-diameter deep holes and the general type of medium-diameter machining. For the present problems of Deep hole machine tool like expensive and equipment in long period. This paper initially tried to transform and design to transformate the ordinary lathe machine to a deep deep hole machining.Key word；Deep-hole Tools，Chip-in Deep-hole drilling，Deep Hole Boring Tool，titanium alloy，Machine-clip tools目 录1 绪论11.1本课题研究的目的与意义11.2国内外发展与现状21.2.1深孔钻削技术的发展21.2.2国内外现状31.3深孔加工简介41.3.1深孔的定义41.3.2 深孔加工的分类51.3.3 深孔加工的特点62 钛合金深孔钻削技术研究72.1 深孔钻的结构及切削角度72.1.1 深孔钻的结构72.1.2 深孔钻标注角度参考系72.1.3 深孔钻的标注角度82.2 深孔刀具的受力分析92.2.1 力学模型的建立92.2.2 切削力计算112.3 钛合金加工特性研究122.3.1 钛合金理化性质122.3.2 钛合金的加工特点及深孔钻削中的问题142.4 刀具选择研究152.4.1 刀具材料应具备的性能152.4.2 硬质合金刀具简介172.4.3 刀齿材料选择182.4.4 刀齿产品初步选择193 机夹式深孔钻设计203.1 工况分析及刀具结构选择203.2 刀具几何参数设计223.2.1 刀齿角度设计223.2.2 刀齿相关尺寸设计233.3 刀具结构设计243.3.1 30紧凑型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计243.3.2 70普通型机夹式多齿内排屑深孔钻结构设计273.4 小结304 机夹式内排屑深孔镗刀设计314.1 镗刀几何参数确定314.2 刀体结构设计314.2.1 70普通型深孔镗刀设计324.2.2 30紧凑型深孔镗刀设计334.3 小结345 深孔钻削系统设计355.1 改造方案的确定355.2改造分析与计算355.2.1车床型号的选择355.2.2 冷却排屑系统设计37参考文献：38致谢39附录 A401 绪论1.1本课题研究的目的与意义第一次工业革命以来的历史证明，工业化程度的高低，直接决定了各个国家的社会发展阶段、人民生活水平和维护国家安全的能力。在工业部门中，制造业，尤其是装备制造业由于承担着为国民经济所有部门提供生产装备的重任，责无旁贷地成为国家的支柱产业。而要成为制造强国，首先则必须具有强大的技术开发能力，拥有大批拥有自主知识产权的重要产品和拥有国际领先的制造技术。深孔加工作为二战以后发展起来的一种新型加工工艺，在国名经济发展中发挥着越来越巨大的作用。上个世纪60年代以来枪钻、BTA (Boring and Trepanning Association)钻（即内排泄深孔钻）、喷吸钻被发明后迅速被应用于石油、煤炭采掘、水火力发电机制造、船舶、航空航天、冶金、化工、纺织、木材加工机械、饲料机械等不同行业的装备制造。以深孔零件为特征的民品装备不断涌现出新品种，成为20世纪下半叶世界装备制造业中的一枝独秀。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90%都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。这一技术差距所导致的消极影响，早在80年代即开始显露。在我国制造业处于低谷时期，以深孔加工为关键技术的液压件、兵工等生产行业相继濒于停产、倒闭状态，数以千计的相关大、中、小企业从此一蹶不振。与此同时，我国与世界经济接轨又促成了大批新制造行业的诞生。2001年在我国统计的29个制造行业中，至少有一半对深孔加工技术和装备有直接需求，1/3以上有迫切需求。至20世纪90年代末，由于我国经经济发展的加速，上述供需矛盾呈现激化态势。一方面，不断涌现的新型深孔类新装备迫切需要“价廉物美”的深孔加工技术去承制试造；另一方面，由于国家没有自己的原创性先进深孔加工技术和专业化的深孔加工装备产业提供保证，迫使为数不多的大企业以高价进口深孔加工装备，只能靠相对落后的技术、装备去制造品质相对低劣的装备产品。必须看到，在深孔加工技术和装备制造上已经呈现出来的这一瓶颈现象如不能得到有效的解决，将会严重制约我国经济的持续快速发展。解决以上这一严峻矛盾的对策就是：推出中国自己原创性的深孔加工技术，建立起一条专业化、现代化的深孔加工装备产业链。在这一产业链中，深孔加工刀具的设计是极其重要的一环。虽然目前国内已有较成熟焊接式深孔加工刀具，但焊接式深孔刀具的种种弊端制约着其发展。焊接式刀具采用焊接方式将刀块与刀体相连接在一起，在焊接过程中，刀块受焊接温度的影响硬度将会有所降低，影响切削效率和耐磨性。另外，焊接式深孔刀具由于采用了焊接式链接，刀体为一次性使用，大大增加了制造时间和材料损耗经济性较差。随着科学技术的发展，机械产品对材料的综合性能提出了更高的要求。钛合金材料凭借着其比强度高、热强度高、抗蚀性好和高温性能好等优良特性，在宇航、原子能、电力、化工和石油等行业的应用越来越广泛23。以石化行业为例，随着石油工业的的不断发展，对测井装备提出了耐腐蚀、耐高压、高强度、小尺寸，轻质量等各种要求，许多高性能材料（如沉淀硬化不锈钢、钛合金、耐热合金等）在石油测井仪器中得到越来越广泛的应用。这些材料的机械、物理性能在某些方面非常优良，如钛合金比强度（强度/密度）相对很高，有良好的耐腐蚀和高温高压性能，许多发达国家在20世纪90年代已将钛合金材料用于测井仪器的零部件，特别是保护外壳。我国近几年才将钛合金应用于测井仪器的保护外壳，这主要是由于钛合金的切削加工性非常差，特别是深孔加工性很差，因而限制了钛合金的应用4。为了解决以上面的种种弊端，设计一种新型方式将刀块同刀体相连接是很有必要的。机械式装夹方式作为一种经济有效的方案，可以很好地解决焊接式深孔刀具的弊端，实现深孔加工的产业化、经济化。1.2国内外发展与现状1.2.1深孔钻削技术的发展人类对深孔加工技术的需求，至少可以追溯到14世纪欧洲滑膛枪的问世，远比第一次工业革命后现代机械技术的发展要早很多。工具和工具制造技术的产生和发展，源于人类生产活动和战争的需要。中国是火药的发源地。早在元、明时期已普遍使用金属管型火器手铳、火铳及火枪。金属管型火器是最早出现的深孔零件，比现代意义上的机械零件早出若干世纪。最早的管式火器是采用铸造、锻造方法制成。由于精度很低使用范围十分有限。随着时代的发展，人们对深孔工件的精度有了越来越高的要求。深孔加工工艺的革新问题显得迫在眉睫。图 1-1 扁钻最早用于加工深孔钻削的深孔钻头是扁钻（图1-1），它发明于18世纪初。1860年美国国人对扁钻进行了改进，发明了麻花钻。1930年出现了第一支能够连续供油排屑并具有自动导向功能的深孔钻头枪钻（图1-2），其因用于加工枪孔而得名。1943年，德国海勒公司研制出毕斯涅尔加工系统（即目前我国常称的内排屑深孔钻削系统）。图 1-2 枪钻 图 1-3 BTA深孔钻二战结束以后，英国的维克曼公司、瑞典的卡尔斯德特公司、德国的海勒公司、美国的孔加工协会、法国的现代设备商会联合组成了深孔加工国际孔加工协会(Boring and Trepanning Association),简称BTA协会。该协会对毕斯涅尔加工系统进行了改进，定名为BTA系统。后来由瑞典的山特维克公司首先设计出了可转位深孔钻及分屑多刃错齿深孔钻（图1-3）。BTA法存在着切削压力高，密封困难等缺点，为克服这些不足，1963年山特维克公司发明了喷吸钻法。20世纪70年代中期，由日本冶金股份有限公司研制出DF(Double Feeder)法为单管双进油装置，它是把BTA法与喷吸钻法两者的优点结合起来的一种加工方法，用于生产后得到了令人满意的结果，目前广泛应用于中、小直径内排屑深孔钻削。1.2.2国内外现状深孔加工技术从20世纪80年代末以来，在西方国家一直处于停滞状态。20世纪80年代以来，以枪钻、BTA钻为代表的的深孔加工技术在西方工业国未出现任何重要突破性的改进和发展。针对BTA钻的种种弊端，虽然在六七十年代曾经先后推出双管喷吸钻、DF系统两种改进方案，但均未取得很好的效果。学术方面，20世纪80年代以来学术研究出现了低潮期。20世纪5070年代有关国际性学术会议增举办过几次，国际上流传的为数不多的深孔加工专著和大批论文绝大多数是在20世纪7080年代出版和发表的。近20年来，国际学术研究沉寂，很少出现有创新意义的成果和论著。此外，国际深孔加工装备处于垄断状态，装备产品的进口价格居高不下。目前国际上主要的深孔刀具供应商是瑞典的山特维克可乐满(SANDVIK Coromant)公司。由资料5,44可知，如图1-4所示，其生产的深孔钻可加工直径由15mm到75mm以上，钻削深度达到，孔公差达到IT9级。图1-4 山特维克可乐满深孔钻削刀具加工范围我国20世纪下半叶才开始工业化进程，比欧洲晚了20年。80年代改革开放后才逐步加快了与国际接轨的步伐，90年代计入工业发展快车道，1997年以来，中国经济连续以8%左右的速度增长，成为世界上经济增长速度最快的国家。但是我们也必须清楚地看到，尽管我国机电产品已成为出口贸易的最强大支柱和国内经济增长的发动机，但其中大多数仍属于劳动力密集型和资金密集型产品，技术密集型和创新型机电产品所占比重极为10%左右。主要机械产品技术来源的57%和大多数电子信息设备的核心技术均依靠国外引进。近年来机电装备的进口增长率和总额逐年均超过出口。截止2005年，据统计深孔钻加工装备的90%都是进口产品。至70年代末我国改革开放时，中国的深孔加工技术已整整比西方落后了30年1。1978年DF法在我国设计完成并与1979年正式用于生产，现广泛用于中、小直径内排屑深孔钻削。国内几家重型机器制造厂相继研制成和采用了深孔套料钻，已成功加工出12m长的发电机转自内孔。西安石油大学与1989年成功地将喷吸效应原理应用到外排屑枪钻系统，使枪钻的加工性能大大提高；1994年又研制成功多尖齿内排屑深孔钻，使深孔钻削的稳定性和耐用度大大提高6。1.3深孔加工简介1.3.1深孔的定义在机械加工工艺中，孔的加工主要分为浅孔加工和深孔加工两大类。两类加工之间没有准确的界限。一般规定孔深L与孔径之比大于5，即的孔称为深孔；反之的孔被称之为浅孔6。在机械加工中浅孔一般采用麻花钻加工。麻花钻结构如图1-5所示。其结构直径、螺旋角和螺旋槽导程之间的关系为： (1-1)人们在实践中发现，为了顺利排屑，麻花钻一次钻削的钻削深度L不应超过螺旋槽导程P的3/4，即。将其带入式(1.1)得 (1-2)图 1-5 麻花钻的螺旋角由GB144178查得，麻花钻的螺旋角取值在之间。代入式(1-2)得。所以麻花钻的良好工作的钻深L是小于5倍孔径。因此，尽管麻花钻在钻浅孔时是功效很高的机夹刀具，但是受钻深L限制，使用麻花钻加工深孔时必须频繁退刀和进刀（有时还需要对钻头和被加工孔进行冷却润滑），使功效大大降低1。1.3.2 深孔加工的分类深孔加工可分为一般深孔加工（钻、镗、铰等）、精密深孔加工（珩磨、滚压等）和电深孔加工（电火花、电解等）。一般深孔加工又可按多种方式分类。按加工方式分类分为：1.实心钻孔法，用于加工无孔毛坯。如图1-6(a)。2.镗孔法，用于提高孔的精度和降低孔的内表面粗糙度。如图1-6(b)。3.套料钻孔法，使用空心钻头钻孔，加工后可取出一根芯棒。如图1-6(c)图1-6 深孔加工方式按运动形式分类分为：1.工件旋转，刀具做进给运动。2.工件不动，刀具作旋转进给运动。3.工件旋转，刀具做反向旋转进给运动。4.工件作旋转进给运动，刀具不动。（此方法很少采用）按排屑方式分为：内排屑、外排屑两种方式。外排屑又分为前排屑、后排屑两种方式。按加工系统冷却分类分为枪钻系统、BTA系统、喷吸钻系统、DF系统。1.3.3 深孔加工的特点深孔加工是处于封闭或半封闭状态下进行的，故其具有以下特点：1.不能直接观察到刀具的切削情况。目前只能凭经验，通过听声音、看切屑、观察机床负荷及压力表、触摸振动等外观现象来判断切削过程是否正常。2.切削热不易传散。一般切削过程中80%的切削热被切屑带走，而深孔钻削只有40%，刀具占切削热的比例较大，扩散迟、易过热，刃口切削温度可达600必须用强制有效的冷却方式。3.切屑不易排出。由于孔深，切屑经过的路线长，容易发生阻塞，造成钻头崩刃。因此，切屑的长短和形状要加以控制，并要进行强制性排屑。4.工艺系统刚性差。因受孔径尺寸限制，孔的长径比较大，钻杆细而长，刚性差，易产生振动，钻孔易走偏，因而支撑导向极为重要。2 钛合金深孔钻削技术研究2.1 深孔钻的结构及切削角度2.1.1 深孔钻的结构深孔钻具有多种结构，图2-1所示为焊接式多齿内排屑深孔钻结构，由刀齿、导向块和刀体三大部分组成。为了实现由钻杆内部将切屑排出，刀体是空心的，切屑由刀体头部的喇叭口进入，经过钻杆内部的空腔排出。导体尾部螺纹用于与钻杆相连接，保证了连接的紧密型和拆卸的方便性。刀齿由中心齿、中间齿和外齿共同组成。外齿除了起切削作用外，还与两导向块共同作用，起到导向扶正作用。1-外齿；2-中心齿；3-中间齿；4-导向块；5-刀体图2-1 焊接式内排屑深孔钻结构2.1.2 深孔钻标注角度参考系深孔钻标注角度的参考系建立的条件与普通刀具相同，即假定运动条件和假定安装条件。为了合理标注切削角度，需要选择合适的参考平面，根据切削原理的定义，深孔钻参考平面如图2-2所示。基面:通过切削刃上选定点，与该点主动运动方向垂直的平面。切削平面：通过切削刃上选定点，与切削刃相切且垂直于基面的平面。显然，切削平面垂直于基面。图2-2 深孔钻标注角度的参考平面 由于刀具结构不同，根据加工、检验和计算等方面的要求，各种刀具角度的测量平面不尽相同。深孔钻常用测量平面为正交平面和法平面。正交平面：它是通过切削刃上选定点，垂直于切削平面与基面的平面。正交平面与基面、切削平面构成正交的空间角度标注参考系，即，称为正交平面参考系（图2-3） 图2-3 深孔钻标注角度的参考系 2.1.3 深孔钻的标注角度深孔钻属于多刃刀具，主切削刃通常刃磨略低于钻心，切削刃上各点的基面是变化的，若按上述标注角度参考严格标注就比较繁琐。由于主切削刃低于钻心不多（<0.5mm），通常忽略不计，按照我国刀具角度标注习惯，采用正交平面参考系进行标注（图2-4）。1.主切削刃角度（1）前脚：在选定点的正交平面内，前刀面与基面的夹角。（2）后角：在选定点的正交平面内，后刀面与切削平面的夹角。（3）余偏角：在基平面内，主切削刃与进给方向垂直线之间的夹角。深孔钻主要切削刃由外刃和内刃组成，为了刃磨测量方便，习惯上不标主偏角而标注余偏角。外刃和内刃对应的余偏角分别为和，俗称为外角和内角。（4）刃倾角：在切削平面内，主切削刃与基面之间的夹角。出于切削性能的要求，深孔钻主切削刃的外刃和内刃前刀面不共面，外刃基本上是通过钻心的，刃倾角=0°；而内刃刃倾角，为了简化标注，通常标注端面刃倾角。2.副切削刃角度（1）副刃后角：在选定点的副正交平面内，副后刀面与副切削平面的夹角。（2）副偏角：在基面内，副切削刃与钻头进给方向的夹角。图 2-4 深孔钻标注角度2.2 深孔刀具的受力分析深孔钻虽然具有繁多的种类，但是其切削原理是相同的。尤其是机夹式深孔钻同焊接式深孔钻在结构上具有很高的相似度。即导向块、切屑分离，两个导向块与副切削刃在圆周三点布置。切削时，径向切削力和主切削力将导向块压向孔壁，副切削刃和导向块还受到工件孔壁的摩擦力矩。所以，机夹式内排屑深孔刀具的受力情况简化后可以用如下力学模型表示。2.2.1 力学模型的建立图2-5为多齿内排屑深孔钻的受力图。对于单刃内排屑深孔钻、枪钻、深孔镗刀等，均可看作是多齿内排屑深孔钻的一个特例。深孔刀具所受力可分为三大类：1.切削力：深孔刀具所受切削力可分解为相互垂直的切向分力，径向分力和轴向分力。2.摩擦力：导向块相对孔壁转动时产生的摩擦力和；导向块沿轴向移动时与孔壁之间产生的轴向摩擦力和；同样，副切削刃与孔壁之间的摩擦力为和。3.导向块的挤压力：导向块和副切削刃与孔壁之间的挤压力为，和。此外，还有切削力压力等。为了便于分析计算，将深孔刀具所受切削力向钻心O点简化，得y-z平面切削力的力学模型（图2-6（a），简化后，切削力合力及其合力矩为 （2-1）式中水平方向（y方向）切削合力；垂直方向（z方向）切削合力；切向分力对O点合力矩。 图 2-5 多齿内排屑深孔钻受力图 考虑到深孔刀具在力平衡状态时的情况，并忽略和 ，则可得到深孔刀具在y-z平面受力的理学模型，如图2-6(b)所示。力平衡方程为： (2-2)式中，；钻杆对钻头支撑力矩； 钻头直径； 导向块1位置角； 导向块2位置角； 工件与导向块的摩擦系数；图 2-6 深孔刀具力学模型2.2.2 切削力计算当，和为已知时，只要知道切削力和，由式(2-1)可计算出，和，再由式(2-2)即可计算出，和。1.切削力经验公式（指数公式）：切削力的经验公式是通过大量实验，用测仪测得切削力值并将数据经数学方法处理后得出的计算式。这些公式在金属切削中得到广泛的应用，常见形式为 (2-3)式中 ，和决定于工件材料和切削条件 ，分别为3个分力公式中背吃刀量，进给量和切削速度的指数； ，分别为3个分力公式中，当实际加工条件与所求得经验公式的条件不符时，各种因素对切削力的修正值之积。由于深孔钻削实验数据较少，以上参数一般参考车削加工参数选取。2.用单位切削力计算3个切削分力和切削功率。单位切削力是指单位切削面积上的切向分力，即 (2-4)上式中 切向分力，单位为N； 切削面积，单位为； 背吃刀量，单位为； 进给量，单位为； 切削厚度，单位为； 切削宽度，单位为；在深孔加工中，已知（刀齿宽度）和，如果单位切削力为已知时，可由式(2-4)计算出切向分力，即 (2-5)切向分力确定后再根据手册查得2.3 钛合金加工特性研究2.3.1 钛合金理化性质钛是同素异构体，熔点为1720，在低于882时呈密排六方晶格结构，称为-Ti；在882以上呈体心立方品格结构，称为-Ti。利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金。室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：合金,(+)合金和合金。我国分别以TA、TC、TB表示。钛合金它是相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。在500600的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。 钛合金它是相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达13721666 MPa；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。 +钛合金它是双相合金，具有良好的综合性能，组织稳定性好，有良好的韧性、塑性和高温变形性能，能较好地进行热压力加工，能进行淬火、时效使合金强化。热处理后的强度约比退火状态提高50100；高温强度高，可在400500的温度下长期工作，其热稳定性次于钛合金。 三种钛合金中最常用的是钛合金和+钛合金；钛合金的切削加工性最好，+钛合金次之，钛合金最差。钛合金代号为TA，钛合金代号为TB，+钛合金代号为TC。由资料7，379可知钛合金具有良好的综合力学性能：（1）比强度高。常用+钛合金的强度，密度，比强度；而合金钢的，密度，比强度。（2）耐热性好，热强度高。其工作温度可达500，在300350温度下，钛合金的强度比铝合金高10倍。（3）耐蚀性好。在海水及海洋大气中的耐蚀性很高，特别适合与一些特殊领域如航空、石油石化等领域。（4）化学活性大。能与大气中的氢、氧、氮等起化合作用，开始强烈吸收氢、氧、氮的温度分别为300、500和600，元素与钛合金表面作用后，形成硬脆表层，深度可达0.10.15mm，硬化程度为20%30%。（5）热导率小。钛的热导率约为镍的1/4、铁的1/5、铝的1/16。各种钛合金的热导率更低，约为钛热导率的1/2。（6）弹性模量小。钛的弹性模量E=11000kg/mm，约为钢的1/2，故钛合金容易产生弹性变形。部分钛合金物理、力学性能见表2-1、表2-2表2-1 部分退火钛及钛合金的物理性能牌号物 理 性 能密度/熔点/线胀系数热导率/弹性模量E/MPaTA116778.215.1106330TA2TA3TA48.210.5123480-134260TA59.28101920TA64.48.37.54102900TA74.461590-16409.368.7917600TC18.09.63102900TC24.551570-16408.0107800-117600TC3111720TC44.431570-16508.535.44110740TC97.77.54115640TC108.32106134表2-2 部分退火钛及钛合金的力学性能牌号力 学 性 能抗拉强度/MPa伸长率/%断面收缩率/%冲击韧度/TA1343255078TA2443208.45269TA3539154049TA4TA5686154059TA6686102729TA7785102729TC1588153044TC2686123039TC3TC4932103039TC9TC1010291225-3034-392.3.2 钛合金的加工特点及深孔钻削中的问题钛合金虽然具有卓有的使用性能，但其物理、力学性能也给切削加工带来了很大的困难。钛合金的切削特点主要有：（1）变形系数小。切削钛合金时，形成挤裂切屑，其变形过程比P类材料的复杂的多。一半金属切削过程中，变形系数为1.54，而切削钛合金时，变形系数约为0.81.05。因此，切削钛合金时，切屑与前刀面的接触长度很小，切屑呈挤裂节状，挤裂切屑背面出现深而宽的裂纹；钛合金切屑与前刀面接触温度很高，使前刀面对切屑底层的挤压与摩擦减小；切削区的高温引起-Ti和-Ti的变化、转化，使切屑组织发生变化；高温下，钛合金吸收大气中的氢、氧、氮等元素，因此氢、氧、氮等气体饱和了的并且大多是初生相组织的切屑失去塑性，不出现一般的收缩。后两种过程是增加切屑向挤裂发展的因素。（2）刀-屑摩擦剧烈。切削时，切屑因变形系数小，眼前刀面的流出速度大于切削速度，与其他大多数金属材料的切削相比，钛合金切屑沿刀具前刀面的摩擦更剧烈，刀具更容易磨损。（3）刀尖角应力大。切削钛合金时，虽然主切削力比切削45钢小1/22/3，但切屑与前刀面的接触长度只是切削45钢的50%60%，刀尖、切削刃附近较小范围内负荷很大，应力集中，因而刀尖或切削刃容易磨损甚至损伤。（4）切削温度高。切削钛合金时，摩擦因数比一般钢材大，造成切屑与刀具接触界面温度高。另外，钛合金的导热率小，散热条件差，也造成切削温度高的重要原因。据资料7,380切削钛合金时前后刀面温度均比45钢高很多，并且其前后刀面具有显著的温差，这对金属切削是十分不利的。（5）钛合金材料化学活性高，切屑粘刀现象严重，易使刀具产生扩散磨损和磨料磨损。在切削高温下，钛合金极易与空气中的氢、氧、氮等元素发生化学反应，产生脆性氧化层。据资料7,380钛合金含氧量从0.66%下降到0.32%时，刀具寿命可提高4倍。（6）钛合金弹性模量小，弹性恢复大。后刀面与加工表面的摩擦面增大，刀具切削抗力增大。2.4 刀具选择研究2.4.1 刀具材料应具备的性能刀具材料在工作过程中，要受到很大的切削力、摩擦力和冲击力，产生很高的切削温度。刀具在这种高温、高压和剧烈摩擦环境下工作，采用不适当的材料会使刀具迅速磨损或破损。因此，刀具材料应能满足一些基本要求。(1)高的硬度和良好的耐磨材料。硬度是刀具材料应具备的基本性能。刀具材料从工件上切下切屑，其硬度必然大于工件材料硬度。用于切削金属材料所用的刀具的切削刃硬度，一般都会在60HRC以上8。钛合金作为一种高硬度材料，其硬度达到6074HRC9。故应选择硬度更高的材料作为切削刃材料。硬质合金刀具硬度为8993HRC8，符合所需要求。耐磨性是刀具材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。刀具材料金相组织中的硬质点（如碳化物、氮化物等）的硬度越高、数量越多、颗粒越小、分布越均匀，则耐磨性越好。同时，也和材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区温度有关。因为钛合金的导热性差、切削接触面小，所以切削钛合金时高温造成的磨损尤其严重。(2)足够的强度和韧性要使刀具在受到很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，并且不不产生崩刃和折断，刀具材料必须具有足够的强度和韧性。一般来说，韧性越高则可以承受的切削力越大。(3)高的耐热性耐热性是衡量刀具材料切削性的主要标志，通常用高温下保持高硬度、耐磨性、强度和韧性的性能来衡量，也成热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强，允许的切削速度越高。除了高温硬度外，刀具材料还应当具有在高温下抗氧化的能力以及良好的粘结和扩散的能力。这种性能成为化学稳定性。针对切削温度很高的钛合金，对切削刃材料的耐热性有较高的要求。(4)良好的热物理性能和耐热冲击性能刀具材料的导热性能越好，切削热越容易从切削区域传导出去，从而降低刀具材料切削部分温度，减少刀具磨损。刀具在断续切削或使用切削液时，常受到很大的热冲击，因此刀具内部会产生裂纹导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可以用耐热系数表示，即 (2-6)表 2-3 各种刀具材料的物理学性能高速钢硬质合金TiC（N）基硬质合金陶瓷聚晶立方氮化硼聚晶金刚石K系P系-TiC密度/8.78.8141510135.473.93.984.24.33.23.63.483.52硬度（HRA）848591939092919392.593.593.594.513501600HV4500HV>9000HV抗弯强度/MPa200040001500200013001800140018004007507009006009005008006001100抗压强度/MPa28003800350060003000400035005500300040002500500070008000断裂韧度/（）183010159147.47.73.03.53.54.0576.58.56.89弹性模量/MPa2106106404805603904404004203603902803207101020导热系数/（）2030801102542217129172035130210热膨胀系数/()5104.55.57.58.57.58.5783.03.34.73.1耐热性/60070080090090010001000110012001200130010001300700800式中 导热系数；抗拉强度； 泊松比；弹性模量； 热胀系数。导热系数越大，热量越容易被传导出去，从而降低道具表面的温度梯度；热胀系数小，可以减小热变形；弹性模量小，可以降低因热膨胀而