钛合金螺纹加工工艺研究

在航空航天、化工等诸多领域，钛合金因其优异的性能得到了广泛应用。然而，钛合金独特的加工特性给其螺纹加工带来了一定挑战。深入探究钛合金的加工特性、刀具选择以及管接头螺纹加工工艺，对于提高钛合金螺纹加工质量、提升生产效率具有重要意义。

一、钛合金加工特性与特点

（一）导热性能低

钛合金导热性能较差，这一特性直接导致其散热性不佳。在进行螺纹加工操作时，热量难以有效发散和冷却，加工部位温度迅速升高。加工后，由于热量积聚，材料回弹量大，极易产生变形，影响加工精度和零件质量。同时，高温环境对加工刀具造成严重影响，刀具刃口磨损加剧，大大降低了刀具的使用寿命，增加了加工成本。

（二）变形系数小

钛合金变形系数小的特点，使得在加工过程中刀具承受的切削力分布不均匀，刀具损耗加大。刀具在切削过程中，单位面积上承受的力增大，导致刀具磨损速度加快，需要更频繁地更换刀具，影响生产的连续性和效率。

（三）化学活性大

钛合金化学活性强，在加工产生高温的情况下，容易与其他金属材料发生化学反应。这种反应会造成刀具和丝锥与加工材料之间的粘结，产生“咬刀”现象。“咬刀”不仅会导致刀具损坏，影响加工的正常进行，还会降低螺纹加工的表面质量，增加后续处理的难度。

（四）综合性能优异

为增强钛金属元素的强度，在纯钛中添加合金元素形成钛合金。钛合金主要分为三种类型：以 TA 表示的钛合金、以 TB 表示的钛合金以及以 TC 表示的 +钛合金。其中，+钛合金属于双相合金，应用极为广泛，是航空工业领域重要的钛合金原料。钛合金具有诸多良好的金属性能：强度高，密度较小，但强度远超许多合金钢；耐热性好，耐热强度高于铝合金几百倍，具备良好的热稳定性；低温性能出色，在超低温条件下仍能保持良好性能；耐腐蚀性强，对酸、碱、潮湿、氯化物等具有很强抵抗力；不过，其化学活性大，能与空气中的氧、氮、碳等多种化学元素发生反应，且导热性能低，导热系数远低于铁、铝等金属。

宝鸡钛产业研究院测试表明，不同成分比例的钛合金在各项性能指标上存在一定差异，这也进一步凸显了深入了解钛合金加工特性的重要性。

二、钛合金的螺纹加工刀具的选择

（一）错齿丝锥的优势

钛合金螺纹加工多采用错齿丝锥进行攻丝操作。错齿丝锥的设计独特，将丝锥的刀齿每间隔一个去掉一个，呈交错排列。这种结构使加工件和丝锥只有单面接触，有效减少了相互间的摩擦，降低了因摩擦产生的转矩。通过这种方式，可以有效预防丝锥被卡死或者损坏，从而提高螺纹加工的质量。

使用错齿丝锥时，切削厚度增加一倍且深度大于冷作硬化层。虽然切削厚度的增加会导致丝锥齿切削力增大，但对于切削排屑更为有利，摩擦力减小，丝锥和切屑的粘连度降低，进而提高了丝锥的耐用度和螺纹精度。在错齿丝锥设计方面，完工的齿槽数应为奇数，这样可以减少齿刃的受力，延长丝锥使用寿命。在钛合金材料的螺纹加工中，使用错齿丝锥能够保持攻丝的稳定性，提高螺纹精度。

（二）高速钢丝锥与硬质合金丝锥的配合

对于钛合金材料的螺纹加工，推荐使用高速钢丝锥。高速钢丝锥具有韧性和抗变形性高、耐磨性好的特点。在攻丝过程中，可先采用高速钢丝锥进行初步攻丝，完成大部分的切削工作。初步攻丝后，再对螺孔采用硬质合金丝锥进行校正。硬质合金丝锥硬度高、耐磨性强，能够进一步保证螺纹的精度和质量。随着刀具材料研究的不断深入，未来有望出现更适合钛合金螺纹加工的丝锥材料。

三、钛合金管接头螺纹的加工工艺

（一）螺纹底孔的处理

增大螺纹底孔可以有效降低加工时产生的切削力和热度。由于钛合金管材强度较大，增加螺纹底孔直径时，需要充分考虑对螺纹接触率的要求和螺纹头数的具体数量。在保证螺纹连接性能的前提下，合理确定底孔直径的增加额度。从加工工艺角度出发，适当增大螺纹内径要求，可使螺纹牙高有所减小。适当加大螺纹直径，对于钛合金等特殊材料的攻丝尤为适用。虽然这样会使螺纹接触率降低，但由于螺纹长度的增加，螺纹连接仍然稳固可靠。

（二）机床攻丝工艺的选择

为了预防丝锥在加工中因压力过大而折断，可选择采用机床攻丝的加工工艺。机床攻丝具有稳定性高、压力控制精准等优点，能够保证攻丝过程中丝锥受力均匀，减少丝锥折断的风险。通过机床的精确控制，可以提高螺纹加工的质量和一致性，满足钛合金管接头螺纹的高精度要求。

钛合金螺纹加工需要充分考虑其独特的加工特性，合理选择加工刀具和加工工艺。通过采用错齿丝锥、高速钢丝锥与硬质合金丝锥配合使用，以及优化螺纹底孔处理和采用机床攻丝工艺等措施，能够有效提高钛合金螺纹加工的质量和效率，为钛合金在各领域的广泛应用提供有力保障。