摘 要： 針對TC11鈦合金的材料特性和加工難點(diǎn)，從刀具選擇、切削參數(shù)、零件裝夾、熱處理等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合分析，確定加工工藝路線，解決零件加工精度問題。

　　關(guān)鍵詞： 鈦合金殼體工藝；機(jī)輪；加工

　　中圖分類號：TG146 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2012）1210164-02

　　鈦合金材料以比強(qiáng)度高、熱強(qiáng)度高、抗蝕好等優(yōu)良特性，目前被廣泛應(yīng)用。我公司于2012年5月接到某飛機(jī)剎車機(jī)輪殼體加工任務(wù)，材料牌號為TC11。

　　由于此前接觸的鈦合金產(chǎn)品較少，對這種新型材料的加工特性不甚了解，缺乏加工經(jīng)驗(yàn)，而且屬于重要件。為此，我們做了以下工作：

　　1.1 零件基本特征

　　1）零件為模鍛毛坯件，材料為TC11，供應(yīng)狀態(tài)為粗車表皮后的毛料。

　　2）零件外形尺寸為φ376×157，中間部分有一密封環(huán)槽，槽兩側(cè)壁厚δ≤2（如上圖所示）。

　　3）零件關(guān)鍵部位精度要求H8，H9，9處形位公差要求，表面粗糙度最高要求Ra1.6。

　　1.2 加工工藝可行性性分析

　　鈦合金材料TC11強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)小，加工時(shí)局部溫度上升很快，散熱和冷卻效果很差，且彈性模量低，加工過程中零件易產(chǎn)生彈性變形。為了達(dá)到加工精度，必須合理安排工藝路線，選擇合適的刀具和切削參數(shù)，適當(dāng)采取熱處理來消除加工應(yīng)力。

　　1.3 確定加工工藝路線

　　根據(jù)對零件特性的分析，確定加工工藝流程如下：

　　鍛件（雙重退火）→粗車去余量→粗銑各槽及孔去余量→鉗工→去應(yīng)力退火→半精車內(nèi)外型面→鉗工→去應(yīng)力退火→精車內(nèi)外型面→鉗工→精銑各槽及孔→鉗工→精車右側(cè)錐面→鉗工→清洗→檢驗(yàn)→入庫。

　　2 鈦合金殼體加工難點(diǎn)

　　1）由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小，阻礙了機(jī)加工過程中所產(chǎn)生熱量的迅速散失，聚集的熱量引起刀具的磨損且影響零件表面加工質(zhì)量。

　　2）由于鈦的化學(xué)活性高，容易和刀具化合產(chǎn)生焊接和粘剝，刀刃易發(fā)生破損。降低刀具使用壽命。

　　3）彈性模量低，彈性變形大，導(dǎo)致其在載荷作用下發(fā)生變形后產(chǎn)生極大的回彈、振動，進(jìn)而加大刀具磨損，降低零件的精度。

　　綜上所述，鈦合金的這些材料特點(diǎn)使其加工比較困難，導(dǎo)致加工尺寸、精度比較難以控制、效率低、刀具消耗大。

　　4）殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的加工困難。

　　此殼體為薄壁零件，主體部分壁厚≤2，連接的多處筋上有減重用的深槽，內(nèi)部深處有一深長的型腔，零件剛性差，加工時(shí)易產(chǎn)生切削振動，造成零件變形。深槽處加工時(shí)易產(chǎn)生讓刀，應(yīng)力集中等現(xiàn)象，影響零件加工精度。在零件精加工過程中，由于外型圓周上加工了12處寬20筋，在精車時(shí)，零件為斷續(xù)切削，加上材料的特性，給加工帶來了很大的難度。

　　3 鈦合金加工的應(yīng)對措施

　　針對鈦合金材料的特性，從刀具選擇、切削參數(shù)、零件裝夾、熱處理等方面綜合考慮，解決零件加工精度問題。

　　3.1 刀具選擇

　　3.1.1 刀具材料的選擇

　　切削熱的問題是加工鈦合金的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以從降低切削溫度和減少粘結(jié)兩方面出發(fā)加以解決，選用導(dǎo)熱性能好、抗彎強(qiáng)度高、紅硬性好的刀具材料。一般使用硬質(zhì)合金刀具，導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度較高、與鈦合金化學(xué)親和力也較小。成形和復(fù)雜刀具可用高溫性能好的高速鋼，低速下斷續(xù)切削時(shí)可選用耐沖擊的超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。

　　銑刀一般選用高速鋼，如W12Cr4V4Mo、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al等，車刀一般采用硬質(zhì)合金如YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643和YD15等。許多資料中都提到含TiN和TiC的鈦基涂層刀片易與鈦合金產(chǎn)生劇烈的親和作用，加劇刀具的粘結(jié)磨損，不宜用來切削鈦合金，實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)，切削速度較低、大量澆注切削液的情況下，使用TiAlN涂層刀片切削鈦合金，刀具磨損較少，切削效果較好。

　　3.1.2 刀具幾何參數(shù)

　　1）車刀：鈦合金已加工表面彈性恢復(fù)大、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，車刀采用大后角可減小對后刀面造成的摩擦、粘結(jié)、撕裂等現(xiàn)象，以減小后刀面的磨損。各種切削鈦合金車刀的后角基本上都≥15°，一般取α=15°～18°。鈦合金切屑與前刀面的接觸長度短，前角較小時(shí)既可增加刀屑的接觸面積，使切削熱和切削力不至于過分集中在切削刃附近，既能改善散熱條件，又能加強(qiáng)切削刃，減小崩損的可能性。一般取γ=5°～10°。粗車時(shí)取γ0較小值，精車或加工薄壁零件時(shí)，前角取γ=10°，主偏角75°～90°，有利于降低徑向力，防止振動。刀尖采用圓弧過渡刃以提高強(qiáng)度，避免尖角燒損和崩刃。一般取0.5～1.5mm，精車時(shí)取較大值。加工中必須保持刀刃鋒利，一旦刀具出現(xiàn)磨損，應(yīng)迅速更換鋒利的刀具，因?yàn)榈毒叱霈F(xiàn)少量的磨損后會迅速發(fā)生破壞。在加工外型圓周時(shí)，斷續(xù)切削過程中，轉(zhuǎn)速25/min，刀具采用YG8焊接刀，減小沖擊，保證圖紙中尺寸公差及粗糙度要求。

　　2）銑刀：鈦合金銑削之所以比車削困難，主要是因?yàn)殂娤魇菙嗬m(xù)切削，切屑容易與刀刃發(fā)生粘結(jié)，并且當(dāng)粘屑的刀齒再次切入工件時(shí)，粘屑被碰掉并帶走一小塊刀具材料，形成崩刃，大大地降低了刀具的耐用度。銑削鈦合金時(shí)一般采用順銑。由于鈦合金的彈性模量小，順銑造成讓刀現(xiàn)象，要求機(jī)床和刀具有較大的剛性。刀具的長徑比應(yīng)盡可能小。銑削時(shí)刀具與切屑的接觸長度短，不易卷屑，要求刀具具有較好的刀齒強(qiáng)度及較大的容屑空間，否則切屑堵塞會造成刀具劇烈磨損。相對于通用標(biāo)準(zhǔn)銑刀，前角應(yīng)減小，后角應(yīng)加大。一般立銑刀的參數(shù)為前角6°～8°，后角6°～12°，螺旋角35°～40°，螺旋角前段為3°，刀尖圓弧半徑R為0.5～0.6mm。

　　3.2 切削用量

　　加工鈦合金時(shí)，刀具單位面積上受力較大，切削溫度較高，因此刀具磨損很快。為改善切削條件，加工時(shí)應(yīng)大量使用切削液，可降低切削溫度，提高刀具壽命，減小零件變形。由于鈦粉、切削或碎片容易引發(fā)火災(zāi)，切削液不僅可以迅速散熱，而且能夠防止火災(zāi)。切削液可以使用水或堿性水溶液，水基可溶性油質(zhì)溶液和非水溶性油質(zhì)溶液，禁止使用含氯的切削液。

　　精車鈦合金零件時(shí)，切削用量為切削速度v=40～70m/min，走刀量f=0.1～0.2mm/r，切削深度a=0.3～1mm。

　　一般原則是：切削速度宜低，進(jìn)給量適中，切削深度可較大。 當(dāng)?shù)毒吆土慵佑|時(shí)不要停止進(jìn)刀，因?yàn)橥Ｖ惯M(jìn)刀刀刃和鈦合金在高載荷下長時(shí)間摩擦，容易引起加工硬化，加速刀具的損壞，造成零件變形。

　　3.3 零件裝夾

　　針對零件壁厚較薄，剛性較差的特點(diǎn)，在加工中，多采用端面作為軸向定位支撐、蓋板壓緊的方式，避免零件在夾緊力作用下產(chǎn)生變形。

　　此殼體壁厚較薄，隨著粗加工、半精加工不斷去除余量，其剛性漸漸降低，易產(chǎn)生加工振動，不利于保證加工精度。因此，在加工零件內(nèi)外型面時(shí)，通過夾具增加輔助支承的方式來增加零件剛性，消除振動。

　　3.4 熱處理去應(yīng)力

　　薄壁零件在加工過程中，因加工應(yīng)力極易變形，工藝方法采用安排粗車、半精車、精車之間穿插去應(yīng)力退火的方式，去除加工中的殘余應(yīng)力。退火需在真空爐中進(jìn)行，既能退火，又能除氫。

　　4 結(jié)語

　　通過對該鈦合金殼體機(jī)械加工技術(shù)的研究和加工，掌握了TC11鈦合金材料的特性和加工工藝，加工手段及操作可行、方便，贏得了客戶的高度認(rèn)可，提升了公司的信譽(yù)度和影響力。