作者：鄭萬全 先（xiān）生（shēng）

　　結合鈦合金的特性以及框體類鈦合金的結構特點，本文從工藝方案規劃、加（jiā）工設備選擇、工（gōng）裝設計思路、常用刀具類型以（yǐ）及加（jiā）工注意事項等方麵進行簡要地介紹。

  
      框體類（lèi）鈦合金零件加工（gōng）工（gōng）藝方案
   

　　框體類鈦合（hé）金零件，常見的是鈦合金機匣（見圖1）。根據產品使用的不同要（yào）求以及它的加工特點，目前主（zhǔ）要有4種工藝：①分段精加工，再焊接，再補充加工焊接接頭部（bù）位。②分段（duàn）粗加工，再焊接，再整體（tǐ）數控精加工。③整體（tǐ）鍛造，再粗精機加工（gōng）。④整體鑄造，再粗（cū）精機加工。

      
     框體類鈦合金零件機械加工設備的選擇
 

　　如采用分段精加工、再焊接、再補充加工焊接接頭部位的方案，加工（gōng）設備可（kě）根（gēn）據焊接接頭的情況（kuàng），根據零件輪廓尺寸選擇合適的五（wǔ）麵龍（lóng）門加工中心、大型五（wǔ）軸聯動加工中心或數控車床（chuáng）等。
   

　　如果采用分段粗加工，再焊接，再整（zhěng）體數控精加工的工藝，由於采用（yòng）這類工藝方案的框體類鈦合金零件一般尺寸大，結構複雜，焊縫多，焊接易變形，故在焊接前一般端麵（miàn）、表麵均都留有（yǒu）較多的（de）餘（yú）量。在精加（jiā）工工藝規劃時，務必盡可能（néng）少轉工序（xù），因為一旦（dàn）工序太多（duō），累計誤差以及產（chǎn）品的變形因（yīn）素就（jiù）很難控製。一般（bān）來講，優先推薦（jiàn）選用（yòng）大型龍門車銑複合中心（見（jiàn）圖（tú）2、圖3）；其次推薦選用數控車床（chuáng）與五軸聯動加工中（zhōng）心（見圖4）聯合加工。

　　如是采用（yòng）整體（tǐ）鍛造（鑄（zhù）造）、再粗精（jīng）機械加工的方案。這種工藝（yì）方（fāng）案準備的零件毛坯，其加工餘量比較均勻，去除（chú）餘量相對較少，可（kě）縮短機械加工的時間。機械加工過程中，考慮框體類零件（jiàn）的內壁、外壁以及四周窗口需要粗精加（jiā）工，為此在選擇加工設備時要（yào）選擇適當（dāng）的數控車床（車削粗精加工）、大型（xíng）龍門五軸加工中（zhōng）心（內外（wài）壁壁粗去餘量以（yǐ）及加工四周窗口）、大（dà）型龍門車銑複合中（zhōng）心等來進行精加工。
   

      框體類鈦合（hé）金零件機械加工工裝設計思路
   

　　考慮框體（tǐ）類鈦（tài）合金零件一般薄壁、易變形、結構複雜，根（gēn）據其結構（gòu）分析，在工裝（zhuāng）輔助設計時務必遵循以下的基本原則。

 
（1）滿足工裝（zhuāng）使用過程中（zhōng）工件定位的穩定性和可靠性，有足（zú）夠的承載或夾持力，有適合零（líng）件的剛性結構。
 
粗加工時，裝夾夾（jiá）緊力可大，以防止在切削寬度、深（shēn）度較大的大（dà）切削過程中零件的鬆動；精加工時（shí），考慮（lǜ）零件易變形，工裝夾緊力要稍小，但要可防止工件鬆動。對（duì）於薄壁結構的特易變形零件，務必適（shì）當增加輔（fǔ）助支（zhī）撐工裝結構（gòu）。
 
（2）盡量（liàng）充分考慮零件設計基準（使用基準）、工裝定位基準及零件檢驗基準間的統一或關聯。
 
（3）滿足裝夾過程中的方法簡單與操作（zuò）快捷。
 
（4）滿足工裝在調整、一並轉序或更（gèng）換過程中具有可靠的重複定位性。
 
（5）盡可能地（dì）回避結構複雜、成本昂貴（guì），嚴（yán）格遵（zūn）循手動、氣動、液壓、伺服的依次優先設計采用原則。
 
（6）周向需要設計限位防轉裝置（zhì），防止二（èr）次裝夾沒周向基準。如批量較大，可以設計氣動、液壓的自動化夾具，實現加工時壓緊塊自動讓位（wèi）以及自動回複壓緊。如是側（cè）麵開（kāi）槽（孔（kǒng））以（yǐ）及其他涉及到可能在加工零件時會切削到工裝的（de）情況，一（yī）般來講在（zài）設（shè）計時應考慮適當讓位，更優的方（fāng）案（àn）是推薦該工（gōng）裝匹配部位（wèi）選（xuǎn）用與零件相同的材質，以避（bì）免刀具的損壞而（ér）帶來的質量事故。
 

　　對（duì）於薄壁（bì）類框體鈦合金零件精度要求高的部位（wèi），工裝的裝夾可能會導致零件的新變形。因為在切削過程中（zhōng），切削力、夾緊力之間的波動效應會產生耦合作用，導（dǎo）致夾緊不當的附加應力、切削（xuē）後的殘餘應（yīng）力、工件內（nèi）部的殘餘應力再次分布，當（dāng）工裝卸力後就產（chǎn）生加工後新的（de）變形。為此針對特殊的部（bù）位，推薦（jiàn）運用“過（guò）渡外形可（kě）調支撐”或“過渡外形柔性工裝（zhuāng）”的辦法（見圖5），即根據自由狀（zhuàng）態下零件過渡外形的形（xíng）狀設（shè）計與之（zhī）完全貼合的可調（柔性）支撐並夾緊。

 
　　如是加工大型薄壁鈦合金零（líng）件（jiàn）內壁時，更多從節約成本的角度，一般（bān）通常采（cǎi）用碗狀包托與芯部襯托（見圖5、圖6）相結合的（de）工裝（zhuāng）結構方式，這種方式可更有效地實現工裝的裝夾可靠。
 

  
    
     框體類（lèi）鈦合金零件機械（xiè）加工常用刀具類（lèi）型選擇
 

　　從提高效率、提升質量、降低成本等3個綜合（hé）因素出發，加工框體類鈦合金的（de）刀具（jù）既希望具有較高的熱硬性，又希望具有（yǒu）良（liáng）好的（de）耐磨性；既希望具有（yǒu）良好的抗衝擊性，又希望具有較好的韌性；既希望具有較高的導熱係數，又希望具有較低的化學活性。從這些希望出發，加工鈦合金常選用的刀具材料主要有硬質合金、聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（PCBN）等。經過生產實際驗證（zhèng），硬質合（hé）金和PCD刀具被認為是加工鈦合金比較理想的刀具材料。
   

　　目前加工鈦合金選用刀具材料最優先考慮、最廣（guǎng）泛推崇的是（shì）硬質合金刀具。因為（wéi）硬質合金具有相對成本低廉、導熱性較好、硬度較高、韌性和紅硬性較好的特點。依其化學成分可分為鎢鈷類（YG）、鎢鈷鈦類(YT)和添（tiān）加稀有（yǒu）碳化物類（YW），目前在工（gōng）業生產實際中獲得廣泛應用的仍（réng）然是鎢（wū）鈷類硬質合金（jīn）YG8、YG6、YG3等。如通常在粗（cū）車和斷續車（chē）削時采（cǎi）用YG8刀片，精車和連續車削時選用YG3刀片，一般加工則選用YG6刀（dāo）片。如果使用添加的稀（xī）有金屬的細晶粒硬質合金YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀具的（de）壽命和加工效率。實踐中不（bú）選用鎢鈷（gǔ）鈦(YT)類硬質合金刀具的原因是YT類刀片中（zhōng）含有（yǒu）鈦，它與被加工的鈦合金之間會發生很強烈的親（qīn）和力，很快粘（zhān）掉（diào）刀尖。

 
　　硬質合金加工鈦合金速度（dù）可（kě）以達到45 m/min以上，但當切削（xuē）速度繼續增加時，刀具和工件接觸麵的溫度迅速（sù）升高，同時（shí）由於Co的熔點較低，在高的切削溫度及元素擴散（sàn）作用下，造成了刀具材料中W和Co元素的擴散和流失，降低了刀具的硬度和韌性，使硬質合（hé）金刀具發生嚴重的塑性變形、粘結磨損和擴散磨（mó）損（sǔn），導致刀（dāo）具失效（xiào）。因此，硬質合金刀具隻適合切削速度小於75 m/min的鈦合金。

 
　　聚晶金剛（gāng）石刀具具有（yǒu）極高的硬度，也具有超高的耐磨性，還具有高彈性模量、高導熱係數、刃口（kǒu）鋒利、低摩擦係數以及與非鐵金屬親和力小等（děng）優點。該類刀具適用於鈦合金的精加工和超精加工。

 
　　聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其硬度雖然略低於（yú）金（jīn）剛石，但它具有比金剛石更好的特點是熱穩定性高得多，可達到1 200℃以上（金剛石的耐熱（rè）溫度隻有700~800℃），化學惰性大，與鈦合金在1 200℃時都不起化（huà）學反應。PCBN刀具相（xiàng）比硬質合金刀具，有著切削速度高、表麵粗糙（cāo）度質量好和刀具（jù）壽（shòu）命長等特點，為此PCBN刀具更適合用作鈦合（hé）金的精加工。但由於PCBN刀（dāo）具脆性（xìng）很大，在切（qiē）削（xuē）加工中務必忌諱斷（duàn）續切削或突變餘量切削。
   

      框體類鈦合金（jīn）零件加工的（de）其他注意事項

 
　　不求高的切削速度（dù），唯求可靠增大切削走刀量。過高的切削速度會導致刀刃過熱（rè）、刀刃粘結和（hé）擴散（sàn）磨損嚴重。走刀量的變化對溫度的（de）變化不明顯（xiǎn），所以降（jiàng）低切削速度增大切削走刀量是合理（lǐ）、適宜的切削方式。

 
　　當車（chē）削時為了改善散熱條件和（hé）增強切削（xuē）刃，前角一般（bān）取5°～9°；為了克服（fú）因回彈而造成的摩擦，刀體的後刀麵（miàn）一（yī）般取10°～15°；當鑽孔時，縮短鑽頭長度、增加鑽心的厚度和導錐量，鑽頭的耐用度可提高（gāo）好幾倍。

 
　　不可缺少切削液，且水溶性切（qiē）削（xuē）液（yè）較為合適。但不能使用（yòng）含有氯或（huò）其他鹵元素和含硫的切削液，這類切削液會對鈦合金（jīn）的力學性能產（chǎn）生不（bú）良影響。  

 
　　針對易變（biàn）形的鈦（tài）合金框體類零件，在數控精加工之前，原則推薦要進行詳細的測（cè）量，要根據測量的結果仔細分析再（zài）分配加工餘量以及再核定加工坐標。

 
　　銑削加工先三軸加工後五軸加工，先（xiān）麵加工後孔加工。維持數控編程加工坐標係的統一，盡量合並工（gōng）序減少翻（fān）麵。與鈦合金接觸的所（suǒ）有工具、夾具等（děng）裝置都要事先側（cè）地潔淨。經清洗（xǐ）過的鈦（tài）合金零件，要防止油脂汙染，要避免手直接觸摸，操作人員或檢驗人員應當戴幹淨（jìng）的手套進（jìn）行操（cāo）作或檢驗。