導(dǎo)語：鈦合金零件加工工藝方法探討一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：鈦合金零件加工難度較大，容易出現(xiàn)加工變形等問題。以薄壁零件為例，本文在分析零件加工問題基礎(chǔ)上，從刀具選擇、工藝參數(shù)確定等方面提出了工藝改進(jìn)方法，使零件加工合格率提高至90%，促使零件加工效率和質(zhì)量得到了提升。

關(guān)鍵詞：鈦合金；薄壁零件；切削工藝

鈦合金作為性能優(yōu)異的材料，在數(shù)控加工中得到了廣泛應(yīng)用。但鈦合金零件加工也具有一定難度，容易因變形問題的產(chǎn)生造成零件加工質(zhì)量無法達(dá)到要求。因此，還應(yīng)加強(qiáng)鈦合金零件加工工藝方法研究，從而進(jìn)一步推動(dòng)鈦合金零件的大規(guī)模發(fā)展。

1鈦合金零件加工難點(diǎn)

鈦合金零件加工擁有一定難度，在切削加工前期將遭遇殼體性工件加工刀具消耗過快的問題，出現(xiàn)刀片材料磨損大、零件表面光潔度不達(dá)要求等情況，與鈦合金材料組織復(fù)雜、親和力大等因素有關(guān)。在實(shí)際加工過程中，由于晶格原子不容易脫離原本平衡位置，將造成切削溫度迅速升高，從而引起刀具磨損。而鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)較小，散熱不佳，切削期間作業(yè)區(qū)域?qū)?shí)現(xiàn)溫度聚集，引起刀具崩壞，影響零件表面質(zhì)量[1]。受走刀量、切削深度、速度等因素影響，零件加工期間遭遇機(jī)床振動(dòng)將發(fā)生變形。薄壁零件剛性低，受切削應(yīng)力影響，整體精度將受到影響。此外，鈦合金擁有較高化學(xué)活性，與氣體雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將導(dǎo)致材料中加入O、N等元素，或引發(fā)晶格彎曲，造成材料塑性下降，或形成表面硬層，給刀具帶來損傷。因此采用鈦合金加工精密構(gòu)件，受加工工藝影響，難以達(dá)到尺寸精度、形位公差等方面的要求。

2鈦合金零件加工工藝方法

2.1產(chǎn)品加工技術(shù)要求。某鈦合金零件屬于薄壁筒體，采用TitaniumCP2材料加工，薄壁位置壁厚達(dá)0.25mm，公差為0.025mm。零件外圓直徑為準(zhǔn)20mm，內(nèi)圓直徑為準(zhǔn)17mm，口部5mm位置要求達(dá)到0.025mm內(nèi)孔公差。按照零件加工要求，應(yīng)達(dá)到較高零件配合精度，以便使相應(yīng)附件貼合使用，需達(dá)到0.02mm平面度要求。2.2原有工藝加工問題。按照原有工藝，需要采用常規(guī)車削加工方法，在將毛坯底部夾緊后，將卡盤伸出約20mm，先對外輪廓進(jìn)行粗、精加工，然后對內(nèi)輪廓進(jìn)行粗、精加工。采用傳統(tǒng)車削工藝，容易導(dǎo)致加工出的零件出現(xiàn)外圓同軸度與內(nèi)孔超差問題，并且內(nèi)孔圓度較差，存在孔口不平整和出口毛刺嚴(yán)重等情況，缺陷明顯。分析問題產(chǎn)生原因可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)床主軸存在振動(dòng)，并且鉆頭存在微小偏擺，導(dǎo)致其磨損將在零件上映射。受這一因素的影響，完成零件加工后需要采用人工方式進(jìn)行毛刺的修整，導(dǎo)致零件加工效率較低，難度較大，容易出現(xiàn)孔口劃傷問題，造成零件加工合格率較低。作為薄壁零件，該零件內(nèi)徑、底部壁厚需要達(dá)到較高加工要求。定位夾裝過程中，受徑向作用力影響，零件可能出現(xiàn)夾緊變形，加工后恢復(fù)彈性變形將導(dǎo)致尺寸誤差產(chǎn)生，造成零件報(bào)廢。2.3加工工藝方法優(yōu)化。針對零件加工問題，結(jié)合鈦合金零件加工難點(diǎn)，還要對原本車削加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，從刀具選擇、切削參數(shù)確定、冷卻液選擇和變形控制四個(gè)方面提出相應(yīng)措施，使零件加工問題得到解決。2.3.1加工刀具選擇。在刀具選擇上，常規(guī)車削工藝多采用W18Cr4v刀具，其在不超過400°的條件下可以正常工作。在薄壁鈦合金零件加工過程中，采用該類刀具由于熱導(dǎo)率較低，切削加工熱在刀尖聚集，導(dǎo)致刀具局部溫升過快，磨損嚴(yán)重，造成刀面與加工表面產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，影響了零件加工表面質(zhì)量。針對這一情況，還應(yīng)重新進(jìn)行刀具材料選擇。針對鈦合金材料，可以選擇YT類硬質(zhì)合金刀片，但是車削鈦合金車刀與切屑頻繁接觸，刀具接觸面單位切削力較大，為避免硬質(zhì)合金刀片崩壞，還應(yīng)選擇高鈷高速鋼刀具[2]。在實(shí)際加工過程中，考慮到該類刀具價(jià)格較高，還要完成集中刀具材料對比，最終選擇硬質(zhì)合金GC1115，PVD涂層刀片，其價(jià)格相對較低，并且因?yàn)榧尤肷倭肯∮性氐玫搅四湍バ缘奶嵘Ｔ诹慵庸み^程中，粗、精加工都會(huì)受到刀具幾何角度的影響。因此除了選擇刀具材料，還要做好幾何角度選擇。針對鈦合金，車刀后角相對敏感，在切削層金屬彈性擁有較大硬度和恢復(fù)的情況下，需要對大后角進(jìn)行運(yùn)用，以便使刃口能夠輕松切入金屬層，使刀具磨損得到減小。但后腳超過15°，容易造成金屬粘附，因此還應(yīng)采用15°后角。選取這一數(shù)值，能夠增強(qiáng)刀刃的鋒利性，從而使切削溫度得到降低。早刀尖圓角選擇時(shí)，結(jié)合刀具廠家推薦值，可以選擇5-8°前角和15-18°后角。2.3.2加工參數(shù)的確定。作為薄壁鈦合金零件，在加工期間一直將釋放應(yīng)力。在毛坯材料受熱的情況下，薄壁零件加工各工序都會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致零件發(fā)生變形。想要實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的控制，還要對零件受熱和機(jī)械力因素展開綜合分析，采用有限元分析軟件完成數(shù)值分析，確定零件變形影響，從而通過科學(xué)確定切削參數(shù)提高零件加工質(zhì)量。按照這一思路，可以實(shí)現(xiàn)切削參數(shù)的合理選擇，使機(jī)械加工保持較低切削速度，控制在30-50m/min范圍內(nèi)。在粗加工階段，還應(yīng)完成較大進(jìn)給量的選取，精加工需要完成適合進(jìn)給量的設(shè)置。具體來講，可以將平端面進(jìn)給量控制在0.15-0.20mm/轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，粗車外圓在0.20-0.30mm/轉(zhuǎn)之間，精車外圓在0.05-0.10mm/轉(zhuǎn)之間，鉆孔進(jìn)給量應(yīng)在0.03-0.05mm/轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。在車削深度選擇上，考慮到鈦合金材料具有較強(qiáng)親和力，還應(yīng)達(dá)到1/3d，以便因切削深度過大造成刀具燒斷。在實(shí)踐操作中，還應(yīng)做好精加工量的控制，考慮到零件表面可能形成0.1-0.15mm硬化層，為避免刀具磨損還應(yīng)加強(qiáng)切削余量控制。具體來講，就是將平端面、粗車外圓、精車外圓、鉆孔切削深度分別控制在0.7-0.9mm、1.2-1.5mm、0.1-1.5mm和0.25-0.35mm范圍內(nèi)。2.3.3冷卻液選擇。鈦合金零件在車削期間，會(huì)出現(xiàn)切削溫度不斷提升的問題，導(dǎo)致刀具使用壽命受到影響。吊切削溫度進(jìn)行降低，能夠使切削抗力得到降低，從而使刀具磨損得到減少。針對鈦合金薄壁零件加工溫度集中的問題，還要做好冷卻液的選擇，以便使零件加工效率和質(zhì)量得到提升。實(shí)際在選擇切削液時(shí)，還要結(jié)合刀具使用情況和工藝安排完成合理選擇。根據(jù)薄壁鈦合金零件加工特點(diǎn)，還應(yīng)避免采用含氯冷卻液，以免造成零件發(fā)生氫脆和產(chǎn)生有毒物質(zhì)，同時(shí)避免因高溫應(yīng)力的產(chǎn)生導(dǎo)致零件出現(xiàn)腐蝕開裂問題[3]。實(shí)際生產(chǎn)中，可以選用嘉實(shí)多等冷卻液，屬于高性能、高極壓特性的水溶性切削液，能夠在各種金屬材料的苛刻加工中得到應(yīng)用，產(chǎn)生的機(jī)床表面污漬沉積容易被清除。零件加工期間，還要提供充足冷卻液，使其保持較快循環(huán)速度，增大壓力和切削液流量，確保冷卻液的降溫作用能夠有效發(fā)揮。2.3.4切削變形控制。在變形控制方面，零件粗加工后直接采用精加工方式，將導(dǎo)致加工余量過大，無法完全釋放應(yīng)力，在走刀量較快時(shí)將產(chǎn)生大的徑向切削力，引起零件變形。針對這一問題，還要增設(shè)半精加工環(huán)節(jié)，在粗加工后先進(jìn)行半精加工，最后進(jìn)行精加工。在精加工過程中，還應(yīng)加強(qiáng)切削速度控制，以免出現(xiàn)切削振動(dòng)問題。在精加工后，考慮到流程加工應(yīng)力難以全部消除，還應(yīng)實(shí)現(xiàn)熱處理，使零件加工變形得到最大程度避免。在坯料粗加工之前，也可以進(jìn)行零件熱處理，以便使零件機(jī)械性能得到保證，同時(shí)使熱處理帶來的變形得到減少。由于零件加工變形與夾具存在一定關(guān)系，還要結(jié)合薄壁鈦合金零件強(qiáng)度低的選擇進(jìn)行夾具選擇。針對底部等壁較薄的位置，還應(yīng)選擇三爪卡盤，以便使受力點(diǎn)數(shù)量和零件與夾具接觸面積得到減小。在卡盤夾緊力較大時(shí)，容易導(dǎo)致薄壁零件發(fā)生變形。針對這一情況，可以采用開縫套筒適當(dāng)增加接觸面積，以便使夾緊力能夠在工件上均勻布置，使零件變形問題得到改善。2.4優(yōu)化內(nèi)容及效果分析。從工藝優(yōu)化內(nèi)容上來看，針對薄壁鈦合金零件車削加工問題，主要通過選擇適合工具、改進(jìn)工藝流程與參數(shù)、使用冷卻液三種途徑提高零件加工質(zhì)量和效率。首先，針對薄壁零件加工容易出現(xiàn)應(yīng)力集中情況的問題，通過選擇適合夾具、刀具等工具改進(jìn)零件加工效果。在零件數(shù)控加工期間，薄壁零件強(qiáng)度較低，夾緊力大小將關(guān)系到零件是否會(huì)發(fā)生變形。選擇適合夾具，能夠在強(qiáng)度大的位置施加夾緊力或使零件夾緊力得到均勻分布，從而使零件加工精度得到提高。而刀具材料和角度的合理選擇，可以使刀具保持輕快切削。在精車期間，適當(dāng)增大前角，能夠使刀刃圓弧半徑減少，使刃口保持鋒利，繼而通過減小切削熱和切削力防止零件發(fā)生變形。其次，采用粗、半精和精加工的工藝流程，能夠使零件加工殘余應(yīng)力得到進(jìn)一步釋放。對切削深度、進(jìn)給量等加工參數(shù)進(jìn)行合理選擇，能夠加強(qiáng)車削加工對零件影響量控制，使零件加工精度得到保證。最后，針對鈦合金零件溫度應(yīng)力較高問題，加強(qiáng)冷卻液的使用能夠降低車削溫度，使由溫度引起的零件變形得到減少[4]。按照改進(jìn)工藝完成數(shù)控加工編程，對薄壁零件進(jìn)行加工可以發(fā)現(xiàn)，由于零件加工精度得到了提高，外圓同軸度與內(nèi)孔超差問題得到了解決，孔口能夠保持平整，零件本身無變形情況發(fā)生。比較工藝改進(jìn)前后零件加工效果可以發(fā)現(xiàn)，工藝改進(jìn)前零件加工合格率僅達(dá)70%，需要依靠人工方式進(jìn)行毛刺處理，加工效率較低；工藝改進(jìn)后零件加工合格率提高至90%，能夠一次性加工成型，因此能夠使零件加工質(zhì)量和效率得到了提高，為零件加工帶來可觀效益。

3結(jié)論

綜上所述，針對鈦合金零件進(jìn)行加工，還要結(jié)合零件加工難度采取措施對傳統(tǒng)車削工藝流程進(jìn)行改進(jìn)，通過合理選擇刀具材料、角度、冷卻液和實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)調(diào)整提高零件加工質(zhì)量和效率，從而推動(dòng)車削加工技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王義嘉.薄壁鈦合金零件尺寸穩(wěn)定化熱處理研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（13）：155-156.

作者:姜俊伯 吳銳 單位:中航飛機(jī)股份有限公司漢中飛機(jī)分公司制造工程部