三、钛合金支架零件工艺解决方案

钛合金材料具有强度好、自重轻的特点，广泛应用于航空、航天和兵器等行业。但因钛合金材料热导率低、塑性低、弹性变形大等特性，所以造成钛合金材料切削性能差，加工变形不易消除，高精度的零件关键尺寸不易保证。现通过钛合金薄壁支架零件的加工实例来进行探讨。

（一）钛合金支架加工工艺分析

1.零件结构

图2-10所示为钛合金支架结构。该零件为钛合金材料TC4，具有壁薄、结构复杂、难加工的特点，属于典型薄壁支架类零件，零件加工精度高，要保证图样要求的尺寸及几何公差，必须：①合理安排加工工艺路线，解决零件加工变形问题；②设计专用夹具解决薄壁零件的装夹，采用力矩扳手控制压紧力；③选择合理的切削参数，减少刀具磨损，提高加工精度与表面质量。

2.工艺难点

1）该零件由钛合金型材加工成形，加工去除量大，内应力释放缓慢，零件变形量较大。由于钛合金材料热导率低、散热速度慢，在切削加工过程中，极易产生大量切削热，在切削区域形成高温，引起较大切削残余应力，加工后零件变形回弹造成零件变形。因此，如何合理地安排工艺路线、热处理工序以及工序间的余量，最后消除零件的变形，保证零件的尺寸精度及几何公差，是工艺技术人员需要解决的问题。

2）钛合金材料的切削加工性能差，导热性差，极易产生高的切削热，降低了刀具的寿命。零件表面形成硬化层（厚度为0.10～0.15mm的氧化层），刀具极易磨损。

（二）确定加工工艺路线

选择合理的数控加工工艺路线，经过不断实践与摸索，对于这种由型材加工成的薄壁且材料去除率较大的易变形零件，制定了优化后的工艺方案：

1）铣削。加工六面做基准，要求相对面平行度、相邻面垂直度≤0.1mm，机床选用刚度较好的X52K铣床，机用虎钳装夹即可，基准面留加工余量1.5mm。

2）数控铣削。铣削俯视图示12mm宽台阶面，铣削孔 ϕ 36mm留加工余量2mm。

3）数控铣削。加工左视图示深腔单面留加工余量1.5mm，该处是造成零件变形的主要部位，机床选用刚度及稳定性好的数控设备DMG635V，为防止因刀具摩擦产生较大的切削热而引起大的变形量，刀具直径不易大，经过试切选择 ϕ 12mm铣刀，变形量控制在0.2mm左右。

4）数控铣削。加工左视图上平面及角度斜面，此时的零件强度已经较差，切削时极易引起颤振，颤振也是造成变形的主要因素之一，并且加工后表面质量较差，因此可在零件方腔中放置可调节的辅助支撑螺钉，分层切削，以减小变形。

5）数控铣削。加工 A 向各处台阶，方法同上。

6）时效处理。

7）数控铣削。钳工校正、研磨 A 基准面（平面度0.04mm）。

8）数控铣削。加工尺寸91mm上面、斜面，加工时选用锋利的硬质合金铣刀，注意增加辅助支撑，减小变形，加工后留加工余量0.5mm。

9）数控铣削。铣削 A 基准面、形状及台阶尺寸， A 面应在右上角位置增加工艺凸台，且与其余3处凸台高度一致，为后续加工做准备，加工面平面度、垂直度≤0.03mm。

10）卧式加工中心。加工左视图所示左侧面上型腔及旋转2°方向， ϕ 25mm、 ϕ 36mm孔及侧面各处台阶尺寸，加工后留加工余量0.5mm。二次装夹加工左视图方腔形状，单边留加工余量0.5mm，加工俯视图15mm宽槽，自制合金成形铣刀，铣削空位部分，普通铣刀改制较易，但由于耐磨性较差，刀齿磨损后，加工零件产生切削热，零件容易变形，所以采用硬质合金刀具改制，中间空位采用电脉冲加工方式去除，改制后的刀具寿命较之前的普通刀具提高了5倍。

精加工工艺路线的选择：

1）钳工研磨 A 基准面，达到平面度0.03mm。

2）数控铣削加工尺寸91mm的上平面及台阶面，尺寸公差≤0.02mm，用于后续工序加工夹具定位，压紧，加工到零件要求尺寸公差。

3）数控铣削加工 A 基准面及侧面基准面，平面度0.02mm，加工前检查夹具的平面度，压紧时，调节压紧力大小，防止压紧变形，精铣刀铣削平面，选择合适的切削参数，保证零件要求。

4）卧式加工中心加工垂直面及孔，精加工前一定要检测定位基准面、夹具及机床的精度，图2-10所示的零件 A 基准面为主要定位面，检查 A 基准面，如果产生变形，则采取钳工校正、刮研 A 基准平面使变形在0.01mm之内。压紧零件使用力矩扳手，在首件压紧零件前，使用千分表，调整压板位置及压力大小，压紧位置与定位面一定贴实，防止压紧变形，造成加工后零件回弹，影响尺寸与几何公差精度，然后加工垂直于 A 基准面的面。

在精镗角度孔时，需要工作台旋转2°，我们平时采用的是在零度方向打好坐标后在电脑上计算出转角后的坐标，然后输入机床坐标系的方法。该方法较为繁琐，可以编制用于坐标系旋转换算的指令宏程序，存储于机床程序里，下次对刀时，直接调用该程序即可精确计算任意转角后的坐标原点位置。

（三）确定合理的切削参数

1）全部采用高速加工方法，即高转速、小切削深度及大进给量的加工方法，减小变形，加工后效果极佳，采用钨钴类硬质合金铣刀，直径不宜大，最好选用非对称钛合金专用铣刀，可以减小振动，提高加工效率。

2）在切削过程中，冷却要充分，1个部位切削完成，应立即退刀，避免形成坚硬的氧化层而加大刀具磨损。加工中心可采用快速圆弧进刀和快速圆弧退刀的方法，减少刀具在零件中的停留时间。

3）优化刀具几何参数，采用较小的前角和较大的后角，刀尖采用圆弧过渡刃，在提高刀具强度的同时，也可避免刀尖烧损和崩刃。

4）刀具切削刃保持锋利，排屑流畅，避免粘屑崩刃；可采取小的切削速度、适中的进给量和大的切削深度，既提高加工效率，又避免刀尖过度磨损，提高刀具寿命，降低切削过程切削力，减少切削热，减小切削应力造成的加工变形。试验验证，采用涂层硬质合金刀具最佳切削参数为转速1200r/min、切削深度1～2mm、每齿进给量控制在0.08mm左右，刀具寿命长，且不易产生加工硬化现象。 pNxKNDjjAsJwU3W8bxQNdbnqRfJuGszb4I6wII0vjtUa09pJFN5cla6vsPmqh9PI