結(jie)合(he)鈦合(he)金(jin)的(de)特性以及框(kuang)體類(lei)鈦合(he)金(jin)的(de)結(jie)構特點(dian)，本文(wen)從工(gong)藝方案(an)規劃、加(jia)工(gong)設(she)備選擇、工(gong)裝設(she)計思路、常用刀具類(lei)型以及加(jia)工(gong)注(zhu)意事項等方面進行簡要地(di)介紹(shao)。

框體類鈦(tai)合(he)金零件加(jia)工工藝(yi)方案

框體(ti)(ti)類鈦合金零件，常見的(de)是鈦合金機匣(見圖1)。根(gen)據產品使用(yong)的(de)不(bu)同要求以(yi)及它的(de)加(jia)工(gong)特點，目前主要有4種(zhong)工(gong)藝：①分段(duan)精加(jia)工(gong)，再(zai)(zai)焊接(jie)(jie)，再(zai)(zai)補充加(jia)工(gong)焊接(jie)(jie)接(jie)(jie)頭部位。②分段(duan)粗加(jia)工(gong)，再(zai)(zai)焊接(jie)(jie)，再(zai)(zai)整體(ti)(ti)數控(kong)精加(jia)工(gong)。③整體(ti)(ti)鍛造，再(zai)(zai)粗精機加(jia)工(gong)。④整體(ti)(ti)鑄造，再(zai)(zai)粗精機加(jia)工(gong)。

框(kuang)體類(lei)鈦合金零件機(ji)械(xie)加(jia)工設備(bei)的選擇

如采(cai)用分段(duan)精加(jia)工、再焊接(jie)、再補(bu)充加(jia)工焊接(jie)接(jie)頭部(bu)位(wei)的(de)方案，加(jia)工設備可根(gen)據焊接(jie)接(jie)頭的(de)情況，根(gen)據零件輪廓尺寸選(xuan)擇合適的(de)五面龍門加(jia)工中心、大型(xing)五軸聯動(dong)加(jia)工中心或數控車床等(deng)。

如(ru)果采用分段粗加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，再焊(han)(han)接，再整體數控精加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)，由于采用這類工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)方案的(de)框體類鈦合金零件一般(ban)尺寸大(da)，結(jie)構復雜，焊(han)(han)縫多，焊(han)(han)接易變(bian)形(xing)，故在焊(han)(han)接前一般(ban)端面、表(biao)面均都留(liu)有較多的(de)余量。在精加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)藝(yi)規劃時(shi)，務必盡可能少轉工(gong)(gong)(gong)(gong)序，因為一旦工(gong)(gong)(gong)(gong)序太多，累計誤差以(yi)及產品的(de)變(bian)形(xing)因素就很難控制。一般(ban)來(lai)講，優先(xian)推(tui)薦(jian)選用大(da)型龍(long)門車銑(xian)復合中(zhong)心(見(jian)圖(tu)2、圖(tu)3);其次推(tui)薦(jian)選用數控車床(chuang)與五軸聯動加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)中(zhong)心(見(jian)圖(tu)4)聯合加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)。

如是采(cai)用整體鍛(duan)造(鑄(zhu)造)、再粗(cu)精(jing)(jing)機(ji)械加(jia)(jia)(jia)工的方案。這種(zhong)工藝方案準(zhun)備的零(ling)(ling)件(jian)毛坯(pi)，其(qi)加(jia)(jia)(jia)工余量(liang)比較均勻(yun)，去除(chu)余量(liang)相對較少，可縮短機(ji)械加(jia)(jia)(jia)工的時(shi)間。機(ji)械加(jia)(jia)(jia)工過程(cheng)中(zhong)，考慮框體類零(ling)(ling)件(jian)的內(nei)壁(bi)、外壁(bi)以(yi)及四周窗(chuang)口需要粗(cu)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)工，為此在選擇加(jia)(jia)(jia)工設備時(shi)要選擇適當的數(shu)控(kong)車(che)床(車(che)削粗(cu)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)工)、大型龍門五軸加(jia)(jia)(jia)工中(zhong)心(內(nei)外壁(bi)壁(bi)粗(cu)去余量(liang)以(yi)及加(jia)(jia)(jia)工四周窗(chuang)口)、大型龍門車(che)銑復合中(zhong)心等來進行精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)工。

框體類鈦合金零件機械加工工裝設(she)計思路

考(kao)慮框體類鈦合金零件一般薄壁、易變形、結構(gou)復雜(za)，根(gen)據(ju)其結構(gou)分(fen)析(xi)，在工裝輔助(zhu)設計時(shi)務必遵循(xun)以下的基本原則。

(1)滿(man)足工(gong)裝使(shi)用(yong)過程中(zhong)工(gong)件定位的(de)穩定性和可靠性，有足夠(gou)的(de)承(cheng)載或夾持(chi)力，有適合零件的(de)剛性結構。

粗加工(gong)時(shi)(shi)，裝夾(jia)夾(jia)緊力(li)可(ke)大，以防止(zhi)在切削寬度、深度較大的(de)大切削過(guo)程中零件(jian)的(de)松動;精(jing)加工(gong)時(shi)(shi)，考慮零件(jian)易變(bian)形，工(gong)裝夾(jia)緊力(li)要稍小，但要可(ke)防止(zhi)工(gong)件(jian)松動。對于薄壁(bi)結構的(de)特易變(bian)形零件(jian)，務(wu)必適當增加輔助支撐工(gong)裝結構。

(2)盡(jin)量充(chong)分考慮零件設(she)計基(ji)(ji)準(zhun)(使(shi)用基(ji)(ji)準(zhun))、工裝(zhuang)定位基(ji)(ji)準(zhun)及零件檢(jian)驗基(ji)(ji)準(zhun)間的統一(yi)或(huo)關聯。

(3)滿足裝(zhuang)夾(jia)過程中的方法簡單與(yu)操作快捷。

(4)滿足(zu)工裝在調整(zheng)、一并(bing)轉序(xu)或更換(huan)過程中(zhong)具(ju)有可靠的重(zhong)復(fu)定位性。

(5)盡可能地回避結構(gou)復雜、成(cheng)本昂(ang)貴，嚴格遵循手動、氣動、液(ye)壓、伺(si)服(fu)的依(yi)次(ci)優先設計采用原則(ze)。

(6)周(zhou)向需要設計(ji)限位防(fang)轉裝(zhuang)(zhuang)置(zhi)，防(fang)止(zhi)二次(ci)裝(zhuang)(zhuang)夾沒周(zhou)向基準。如(ru)批量較大，可(ke)以設計(ji)氣動(dong)、液壓的(de)自(zi)動(dong)化夾具，實(shi)現加工時壓緊塊自(zi)動(dong)讓(rang)(rang)位以及(ji)自(zi)動(dong)回(hui)復壓緊。如(ru)是側面(mian)開(kai)槽(cao)(孔)以及(ji)其他涉及(ji)到(dao)可(ke)能在(zai)(zai)加工零件(jian)時會切削(xue)到(dao)工裝(zhuang)(zhuang)的(de)情況(kuang)，一般來講在(zai)(zai)設計(ji)時應考慮適當讓(rang)(rang)位，更(geng)優的(de)方案是推薦(jian)該工裝(zhuang)(zhuang)匹配部位選用(yong)與零件(jian)相(xiang)同的(de)材質，以避免刀具的(de)損壞而帶來的(de)質量事故(gu)。

對于(yu)薄壁類框體鈦合(he)金零(ling)件精度要求高的(de)(de)(de)(de)部位，工(gong)裝(zhuang)的(de)(de)(de)(de)裝(zhuang)夾(jia)(jia)可能會導(dao)致零(ling)件的(de)(de)(de)(de)新變(bian)形(xing)。因為(wei)在切削(xue)過(guo)程(cheng)中，切削(xue)力(li)(li)(li)、夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)力(li)(li)(li)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)波動效應(ying)會產生(sheng)耦合(he)作用(yong)，導(dao)致夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)不當的(de)(de)(de)(de)附(fu)加(jia)應(ying)力(li)(li)(li)、切削(xue)后的(de)(de)(de)(de)殘余應(ying)力(li)(li)(li)、工(gong)件內部的(de)(de)(de)(de)殘余應(ying)力(li)(li)(li)再(zai)次分布，當工(gong)裝(zhuang)卸力(li)(li)(li)后就(jiu)產生(sheng)加(jia)工(gong)后新的(de)(de)(de)(de)變(bian)形(xing)。為(wei)此針(zhen)對特殊的(de)(de)(de)(de)部位，推薦運(yun)用(yong)“過(guo)渡外形(xing)可調(diao)支(zhi)撐”或“過(guo)渡外形(xing)柔性工(gong)裝(zhuang)”的(de)(de)(de)(de)辦法(見(jian)圖(tu)5)，即(ji)根據自由狀態下零(ling)件過(guo)渡外形(xing)的(de)(de)(de)(de)形(xing)狀設(she)計與之(zhi)完全貼合(he)的(de)(de)(de)(de)可調(diao)(柔性)支(zhi)撐并夾(jia)(jia)緊(jin)(jin)。

如是加工大型(xing)薄壁鈦合(he)金零(ling)件內壁時，更多從(cong)節約成本的(de)角度，一般通常采用(yong)碗狀包(bao)托與芯部襯(chen)托(見圖5、圖6)相結(jie)合(he)的(de)工裝結(jie)構方(fang)(fang)式，這種(zhong)方(fang)(fang)式可更有效地實現工裝的(de)裝夾可靠。

框(kuang)體類(lei)鈦合金零件機械加工常(chang)用刀具(ju)類(lei)型選擇(ze)

從(cong)提高效率、提升質量、降低(di)成本(ben)等3個綜合(he)因素出發，加工框體類鈦合(he)金的(de)(de)(de)(de)刀具(ju)(ju)既(ji)希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)熱硬性(xing)，又希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)耐(nai)磨性(xing);既(ji)希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)良(liang)好的(de)(de)(de)(de)抗沖擊性(xing)，又希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)好的(de)(de)(de)(de)韌性(xing);既(ji)希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)導(dao)熱系數，又希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)具(ju)(ju)有(you)(you)較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)(de)化(hua)學活性(xing)。從(cong)這些希(xi)(xi)(xi)望(wang)(wang)(wang)(wang)出發，加工鈦合(he)金常(chang)選用的(de)(de)(de)(de)刀具(ju)(ju)材料主要有(you)(you)硬質合(he)金、聚(ju)晶(jing)金剛石(PCD)和(he)聚(ju)晶(jing)立方氮化(hua)硼(PCBN)等。經過生(sheng)產實際驗(yan)證，硬質合(he)金和(he)PCD刀具(ju)(ju)被認為是加工鈦合(he)金比較(jiao)理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)刀具(ju)(ju)材料。

目(mu)前(qian)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)選(xuan)用(yong)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)材(cai)料最(zui)優先考慮、最(zui)廣泛推崇的是(shi)硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)。因(yin)為(wei)(wei)硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)具(ju)有(you)相對成本低廉、導熱性較好、硬(ying)(ying)度(du)較高、韌性和(he)(he)紅硬(ying)(ying)性較好的特點。依其化(hua)(hua)學成分(fen)可分(fen)為(wei)(wei)鎢(wu)鈷(gu)類(YG)、鎢(wu)鈷(gu)鈦(tai)類(YT)和(he)(he)添加(jia)(jia)稀有(you)碳化(hua)(hua)物類(YW)，目(mu)前(qian)在(zai)工(gong)(gong)(gong)業生產實際中獲得廣泛應用(yong)的仍(reng)然是(shi)鎢(wu)鈷(gu)類硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)YG8、YG6、YG3等。如(ru)通常在(zai)粗車和(he)(he)斷續車削時采用(yong)YG8刀(dao)(dao)(dao)片，精車和(he)(he)連續車削時選(xuan)用(yong)YG3刀(dao)(dao)(dao)片，一般加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)則選(xuan)用(yong)YG6刀(dao)(dao)(dao)片。如(ru)果使用(yong)添加(jia)(jia)的稀有(you)金(jin)(jin)屬的細晶粒硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的壽命(ming)和(he)(he)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)效率。實踐中不選(xuan)用(yong)鎢(wu)鈷(gu)鈦(tai)(YT)類硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)(he)金(jin)(jin)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)的原(yuan)因(yin)是(shi)YT類刀(dao)(dao)(dao)片中含有(you)鈦(tai)，它與被加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)的鈦(tai)合(he)(he)金(jin)(jin)之間會發(fa)生很強烈的親和(he)(he)力，很快粘掉刀(dao)(dao)(dao)尖(jian)。

硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)加工(gong)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)速(su)(su)(su)度(du)(du)可(ke)以達到45 m/min以上，但當(dang)切(qie)削速(su)(su)(su)度(du)(du)繼續增加時，刀(dao)(dao)具(ju)(ju)和工(gong)件接觸(chu)面(mian)的(de)(de)(de)溫度(du)(du)迅速(su)(su)(su)升高，同時由于Co的(de)(de)(de)熔(rong)點(dian)較低，在高的(de)(de)(de)切(qie)削溫度(du)(du)及元素擴(kuo)散作用下，造成了刀(dao)(dao)具(ju)(ju)材料中W和Co元素的(de)(de)(de)擴(kuo)散和流失(shi)，降低了刀(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)硬度(du)(du)和韌性，使硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)發生嚴重的(de)(de)(de)塑(su)性變形、粘(zhan)結磨損和擴(kuo)散磨損，導致刀(dao)(dao)具(ju)(ju)失(shi)效。因此，硬質(zhi)(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)只適合(he)切(qie)削速(su)(su)(su)度(du)(du)小于75 m/min的(de)(de)(de)鈦合(he)金(jin)(jin)(jin)。

聚(ju)晶金剛石刀(dao)(dao)具(ju)具(ju)有極高的硬度，也具(ju)有超高的耐(nai)磨性，還具(ju)有高彈性模量(liang)、高導(dao)熱系數、刃口鋒利、低摩(mo)擦系數以(yi)及與非(fei)鐵金屬親和力小(xiao)等優點。該類刀(dao)(dao)具(ju)適用于鈦合金的精(jing)(jing)加工(gong)和超精(jing)(jing)加工(gong)。

聚晶立方氮化硼(peng)(PCBN)刀(dao)(dao)具，其硬(ying)度(du)雖然略低于(yu)金(jin)剛(gang)石，但它具有(you)比(bi)金(jin)剛(gang)石更(geng)好的特點是熱穩定性(xing)高得多，可達(da)到1 200℃以上(金(jin)剛(gang)石的耐熱溫度(du)只有(you)700~800℃)，化學惰性(xing)大，與(yu)鈦合(he)金(jin)在1 200℃時都不起(qi)化學反應。PCBN刀(dao)(dao)具相比(bi)硬(ying)質合(he)金(jin)刀(dao)(dao)具，有(you)著切削(xue)速度(du)高、表面粗糙度(du)質量好和(he)刀(dao)(dao)具壽命(ming)長等特點，為(wei)此PCBN刀(dao)(dao)具更(geng)適合(he)用(yong)作鈦合(he)金(jin)的精加(jia)工。但由(you)于(yu)PCBN刀(dao)(dao)具脆性(xing)很大，在切削(xue)加(jia)工中務必忌諱斷續切削(xue)或突(tu)變余量切削(xue)。

框體(ti)類鈦合(he)金零件加工的其他(ta)注意事項(xiang)

不求高的(de)切(qie)(qie)削(xue)速度(du)(du)，唯(wei)求可靠(kao)增大切(qie)(qie)削(xue)走刀量(liang)(liang)。過(guo)高的(de)切(qie)(qie)削(xue)速度(du)(du)會導致(zhi)刀刃過(guo)熱、刀刃粘(zhan)結和擴散(san)磨損嚴(yan)重。走刀量(liang)(liang)的(de)變(bian)化(hua)對溫度(du)(du)的(de)變(bian)化(hua)不明顯，所(suo)以降低(di)切(qie)(qie)削(xue)速度(du)(du)增大切(qie)(qie)削(xue)走刀量(liang)(liang)是合理(li)、適宜的(de)切(qie)(qie)削(xue)方式。

當車削時(shi)為了改善(shan)散熱條件和增(zeng)(zeng)強(qiang)切削刃，前角一般取5°～9°;為了克服因(yin)回(hui)彈而造成(cheng)的摩擦，刀體(ti)的后刀面一般取10°～15°;當鉆孔時(shi)，縮短鉆頭長(chang)度、增(zeng)(zeng)加(jia)鉆心(xin)的厚度和導錐量，鉆頭的耐用度可提(ti)高好幾(ji)倍。

不(bu)可缺(que)少切削液，且水溶性切削液較為合(he)(he)適。但(dan)不(bu)能使用含(han)有氯(lv)或其他鹵元素和含(han)硫的(de)切削液，這類(lei)切削液會對鈦(tai)合(he)(he)金的(de)力學(xue)性能產(chan)生不(bu)良(liang)影響。

針(zhen)對易變形的(de)鈦合(he)金框體類零(ling)件，在數(shu)控精加工之前，原則推薦(jian)要(yao)進行詳細的(de)測量(liang)，要(yao)根據(ju)測量(liang)的(de)結果仔細分析再(zai)分配(pei)加工余量(liang)以及再(zai)核定加工坐(zuo)標(biao)。

銑削加(jia)(jia)工(gong)(gong)先三(san)軸(zhou)加(jia)(jia)工(gong)(gong)后五(wu)軸(zhou)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，先面加(jia)(jia)工(gong)(gong)后孔(kong)加(jia)(jia)工(gong)(gong)。維持數控(kong)編程加(jia)(jia)工(gong)(gong)坐標系的統一，盡(jin)量(liang)合并工(gong)(gong)序減少翻面。與鈦合金(jin)接(jie)(jie)觸的所(suo)有工(gong)(gong)具(ju)、夾具(ju)等裝置都要(yao)事先側(ce)地潔凈。經清(qing)洗過(guo)的鈦合金(jin)零(ling)件，要(yao)防止(zhi)油脂(zhi)污染(ran)，要(yao)避免手直接(jie)(jie)觸摸，操(cao)作人(ren)員或檢(jian)(jian)驗人(ren)員應當戴干凈的手套進行操(cao)作或檢(jian)(jian)驗。