鈦合金結(jié)構(gòu)件零件切削加工的控制方法

鈦合金結(jié)構(gòu)件的加工難點以及弱剛性結(jié)構(gòu)加工變形影響因素，從機床的選用、刀具的選用、有效的冷卻等幾個方面提出了弱剛性結(jié)構(gòu)件加工變形的控制方法。鈦合金材料具有重量輕、強度高、耐高溫等優(yōu)異性能。比如用TC18鈦合金代替高強度結(jié)構(gòu)鋼作為起落架，飛機結(jié)構(gòu)可以減輕15%左右的重量。因此，新型高強度鈦合金廣泛應(yīng)用于國外先進飛機的主承力部件中。例如，在美國B-1轟炸機的機體結(jié)構(gòu)材料中，鈦合金約占21%；俄羅斯伊爾-76飛機的鈦量已達到機體結(jié)構(gòu)重量的12.5%。從發(fā)展趨勢來看，歐美鈦合金的使用量逐漸增加，這也說明鈦合金的廣泛使用，尤其是一些新型鈦合金，已經(jīng)成為航空設(shè)計的發(fā)展方向。然而，大多數(shù)航空航天產(chǎn)品使用薄壁部件，其結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，精度要求高。由于壁薄導(dǎo)致零件剛度差，在切削力的作用下容易產(chǎn)生加工彎曲變形，壁厚尺寸不一致，導(dǎo)致超差。目前，企業(yè)常用的方法是反復(fù)精加工銑削。由于鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)小，彈性模量低（約為鋼的1/2），化學(xué)活性高，余量小，無法銑削，往往會產(chǎn)生少切割現(xiàn)象。為了保證零件尺寸只能手工拋光，零件的加工周期大大提高，零件表面可能過熱。

一.鈦合金結(jié)構(gòu)件零件的切削加工解決方案

影響鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)加工的主要因素有：機床剛刀具選擇、工藝參數(shù)、有效冷卻等。在加工過程中，各種因素作用，交互影響，變形誤差的累積致使加工出的弱剛性結(jié)構(gòu)件超差，加工變形難以控制。

2.1機床的選用

機床-夾具-刀具的剛度更好，機床各部件之間的間隙要調(diào)整好，主軸徑向跳動要小，盡量使用這種機床。

2.2刀具的選用

新型刀具材料的發(fā)展和應(yīng)用主要是提高切削生產(chǎn)率的結(jié)果。過去幾十年里，切削刀具有了很大的發(fā)展，包括硬質(zhì)合金涂層，陶瓷，立方氮化硼，多晶金剛石。這些用來加工鑄鐵、鋼和高溫合金是有效的。但是沒有一種刀具能夠改善鈦合金的切削加工性，這是因為切削鈦合金的刀具材料要求具有非常重要的性能，這些包括：1）良好的熱硬性以抵抗很高的應(yīng)力；2）良好的導(dǎo)熱性以降低熱梯度和熱沖擊；3）良好的化學(xué)惰性以降低與鈦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的趨勢；4）良好的韌性和抗疲勞能力以適應(yīng)切屑分割過程。在幾乎所有的鈦合金切削加工過程中，碳化鎢類（WC/co）硬質(zhì)合金刀具被認(rèn)為是性能的。一些試驗表明所有的硬質(zhì)合金涂層刀具其磨損率大于那些未涂層的刀具。雖然現(xiàn)在的陶瓷刀具質(zhì)量已經(jīng)得到了提高并且越來越多的用于加工難切削材料，尤其是那些高溫合金（例如鎳基高溫合金），但是由于其導(dǎo)熱性能差、斷裂韌性低并且與鈦發(fā)生反應(yīng)，所以他們并沒有取代硬質(zhì)合金和高速鋼。切割鈦合金時，超硬切割刀材料(立方氮化硼和多晶金剛石)磨損率低，性能好。

薄壁銑削變形是鈦合金弱剛性結(jié)構(gòu)件銑削過程中存在的主要問題。由于鈦合金彈性模量低，切削力相對較大，薄壁在銑削過程中容易變形，結(jié)果薄壁實際厚度大于理論厚度。要解決這個問題，就要盡量減少銑削過程中薄壁受到垂直加工表面方向造成薄壁變形的力。