作者：鄭萬全 先生

　　結合鈦合金的特性以及框體類（lèi）鈦合金的結構特點，本（běn）文從工藝方案規（guī）劃、加工設備選擇、工裝設計思路（lù）、常用刀具類型以及加工注（zhù）意（yì）事項等方麵進行簡（jiǎn）要地介紹。

  
      框體（tǐ）類鈦合金零件加工工藝方案
   

　　框體類（lèi）鈦合金零件，常見的是鈦合金機匣（xiá）（見圖1）。根據產品使用的不同要求以及它的加工特點，目前主要有4種工藝：①分段精加工，再（zài）焊接，再補充加工焊接接頭部位。②分段粗加工，再焊接，再整體數控精加工。③整體鍛造（zào），再粗精機加工。④整體鑄造，再粗（cū）精機加工。

      
     框體類鈦合（hé）金零件機械加工（gōng）設備的選擇
 

　　如（rú）采用（yòng）分段精加工、再焊（hàn）接、再補充加工（gōng）焊接接頭（tóu）部（bù）位的方案，加工（gōng）設備可根據焊接接頭的（de）情況，根據（jù）零件輪廓尺寸選擇合適的五麵龍門加工中心、大型五軸聯動加工中（zhōng）心或數控（kòng）車床等。
   

　　如果采用分段粗加（jiā）工，再焊接（jiē），再整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（cùn）大，結構（gòu）複雜，焊縫多，焊接易變（biàn）形，故在焊接前一般端麵、表麵均都留有（yǒu）較多的餘量（liàng）。在精（jīng）加工工藝規劃時，務必盡可能少轉工序，因為一旦工序（xù）太（tài）多，累計誤差（chà）以（yǐ）及產（chǎn）品的變形因素就很難控製。一般來講，優（yōu）先推薦選用大型龍門車銑複合中心（見圖（tú）2、圖3）；其次推薦選用數控車床（chuáng）與（yǔ）五軸聯動加工中心（見（jiàn）圖4）聯合加（jiā）工。

　　如是采用（yòng）整體鍛造（鑄造）、再粗（cū）精機械加工的方（fāng）案。這種工（gōng）藝方案（àn）準（zhǔn）備的零件毛坯，其（qí）加工餘量比較均（jun1）勻，去除餘量相對較少，可縮短機械加工的時間（jiān）。機械加工過程中，考慮框體（tǐ）類零件的內壁、外壁以及四周窗口需要粗精加工（gōng），為此在選擇加工設備（bèi）時要選擇適當的數控車床（車（chē）削粗精加（jiā）工）、大（dà）型龍門五軸加（jiā）工（gōng）中（zhōng）心（內外壁壁粗去餘量以及加工四周窗口）、大型龍門車銑複合中心等來進行精加工。
   

      框體類鈦合金零件機械加工工裝設計思路
   

　　考慮框體類鈦合金零件一般薄壁、易變形、結構複雜，根據其結構分析，在工裝輔助設（shè）計時務必遵循以下的基本原則。

 
（1）滿足工裝使用過程中工件定位的穩定性和可靠性，有足夠的承載或夾持力，有適合零件的剛性結構。
 
粗加工（gōng）時，裝夾夾緊（jǐn）力可大，以防止在切削寬度、深度較大的大切削（xuē）過程中（zhōng）零件的鬆動；精加（jiā）工時，考（kǎo）慮零件易變（biàn）形，工裝夾緊力要稍小，但要可防止工件鬆動。對於薄壁結構的特（tè）易變（biàn）形零件，務必適當增加輔（fǔ）助支撐工裝結構。
 
（2）盡量充分考慮零件設計基準（使用基準）、工裝定位基準及（jí）零件檢驗基準間的統一或（huò）關（guān）聯。
 
（3）滿足裝夾過程中的方法簡單與操作快捷。
 
（4）滿足工裝在調整、一（yī）並轉序或更（gèng）換過程中具有可靠的重複定位性。
 
（5）盡可能地回避（bì）結構複雜、成本昂貴，嚴格遵循手動、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（zhuǎn）裝置，防止二次裝夾沒周（zhōu）向基準。如批量較大，可以設計氣（qì）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（rú）是側麵開槽（孔）以及（jí）其他涉及到可能在加工（gōng）零件時會切削到（dào）工裝的情況，一般來講在（zài）設計時應（yīng）考慮適當讓位，更優的方案是推薦該工裝匹配部位選用與零件相同的（de）材質，以避免刀具的損壞而帶來的質量事故。
 

　　對於薄壁類（lèi）框體鈦（tài）合金零件精度要求高的部位，工裝（zhuāng）的裝夾可能會導（dǎo）致零件的新變形。因為在（zài）切削過程中（zhōng），切削力、夾緊力之間的波動（dòng）效應會產生耦合作用，導致夾緊不當的（de）附加應力、切削後的殘（cán）餘應力、工（gōng）件內部的殘餘應力（lì）再次分布，當工裝卸（xiè）力後就產（chǎn）生加工後新的變形。為此針（zhēn）對特（tè）殊（shū）的部位，推薦運用“過渡外形可調支撐”或“過渡外形柔性工裝”的辦法（見圖5），即根據自由（yóu）狀態下零件過渡外形的形狀設計與之完全貼合的可調（柔性（xìng））支（zhī）撐並夾緊。

 
　　如是加工大型薄壁（bì）鈦合金零件（jiàn）內（nèi）壁時，更多從節約成本的角度，一般（bān）通常采用碗狀包托與芯部襯托（見圖5、圖（tú）6）相結合的（de）工裝結構方式，這（zhè）種方式可更有效地實現工裝的裝夾可靠。
 

  
    
     框體類鈦合金零件機械加工常用刀具（jù）類型選（xuǎn）擇
 

　　從提高效率、提（tí）升（shēng）質量、降（jiàng）低成本等3個綜合因素出發，加（jiā）工框體類鈦合金的刀具既（jì）希望具有較高的熱硬性，又希望具有良好的耐磨性（xìng）；既希（xī）望具（jù）有良好的抗衝擊（jī）性，又希望具有較（jiào）好的韌性；既希望（wàng）具（jù）有較高的導熱係數，又希望具有較低的化學活（huó）性。從（cóng）這些希（xī）望出發，加工鈦合金（jīn）常選用的刀（dāo）具材料主要有硬（yìng）質合（hé）金、聚晶金剛石（PCD）和聚（jù）晶立（lì）方氮化硼（PCBN）等。經過生產實際（jì）驗證，硬質合金和PCD刀具被認為是加工鈦合金比較（jiào）理想的刀具材料。
   

　　目前加工鈦合金（jīn）選用刀具材料最優先考慮、最廣泛推崇的是硬質（zhì）合（hé）金刀具。因為硬質合金具有相對成本低（dī）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)和添加稀有碳化物（wù）類（YW），目前在工業生產實際中獲得廣泛應用的仍然是鎢鈷類硬（yìng）質合金YG8、YG6、YG3等。如通常在粗車和斷續車削時（shí）采（cǎi）用YG8刀片，精車和連續車削（xuē）時選用YG3刀片，一（yī）般加工則選用YG6刀片。如果使用添加的稀有金屬（shǔ）的細晶粒硬質合金YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀具的壽命和加工（gōng）效率。實踐中不選用鎢鈷鈦（tài）(YT)類硬質合（hé）金刀（dāo）具的原因是YT類刀（dāo）片中含有鈦，它與被加工的鈦（tài）合金（jīn）之間會發生很強烈的親和力，很快粘掉刀（dāo）尖。

 
　　硬質合金加工鈦合（hé）金速度可（kě）以達到45 m/min以上，但（dàn）當切削速度繼續增加（jiā）時，刀具和工件接觸（chù）麵的溫度迅速升高，同時由於Co的熔點較低，在高的（de）切削溫度及元素擴散作（zuò）用下，造（zào）成（chéng）了刀具材（cái）料中W和Co元素的擴散和（hé）流失，降低了刀（dāo）具的硬度和韌性，使硬質合（hé）金刀具發生嚴重的塑性（xìng）變形（xíng）、粘結磨損和擴散磨損，導致刀具失效。因此，硬質合金刀具隻適合切削速（sù）度小於75 m/min的鈦合金（jīn）。

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

 
　　聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其硬度雖（suī）然略低於金（jīn）剛石，但它具有比金剛石更好（hǎo）的特點是熱穩定性（xìng）高得多，可（kě）達到1 200℃以上（金剛石的耐熱溫（wēn）度隻有700~800℃），化學惰性大，與鈦合（hé）金在1 200℃時都（dōu）不（bú）起化學反應。PCBN刀具相比硬質合金刀具，有著切（qiē）削速度高、表麵粗糙度（dù）質量好（hǎo）和刀具壽命長等特點，為此PCBN刀具更適合用作鈦合金的精加（jiā）工。但由於PCBN刀具脆性很大，在切（qiē）削加工中務必忌諱斷續切削或突變餘量切削。
   

      框體類鈦合（hé）金零件（jiàn）加工的其（qí）他注意事項

 
　　不求高的切削速度，唯（wéi）求可靠（kào）增大切削走刀量（liàng）。過高（gāo）的切（qiē）削速度（dù）會導致刀刃過熱、刀（dāo）刃粘（zhān）結和擴散磨損嚴重（chóng）。走刀量（liàng）的變化對溫度的變化（huà）不明顯，所以降低切削速度增大（dà）切削走刀量（liàng）是合理（lǐ）、適宜的切削方式。

 
　　當車削時為了改善（shàn）散熱條件和增強切削刃，前角一般取5°～9°；為了克服因回彈而造成的（de）摩擦，刀體的後刀麵一般取10°～15°；當鑽孔（kǒng）時，縮短鑽頭長度、增加鑽心的厚度（dù）和導（dǎo）錐量，鑽頭（tóu）的耐用度可（kě）提高好幾倍（bèi）。

 
　　不可缺少切削液，且水溶性切削液較為合適。但不能使用含有（yǒu）氯或其他鹵元素和含硫的（de）切削液，這類切削液會對鈦合金的力學性能產（chǎn）生不良影響。  

 
　　針對易變形的鈦合金（jīn）框體類零件，在數控精加工之前，原則推薦（jiàn）要進（jìn）行詳（xiáng）細的測量，要根據（jù）測量的結果仔細分析（xī）再分配加工餘量以及再核定（dìng）加工坐標。

 
　　銑削（xuē）加（jiā）工先三軸加工後五軸加（jiā）工，先麵加工後孔加工（gōng）。維（wéi）持數控編程加工坐標係的統一，盡量合並工序減少翻麵。與鈦（tài）合金接觸的所有工（gōng）具、夾具等裝置都（dōu）要事先側地潔淨。經清洗（xǐ）過的鈦合金零件（jiàn），要防止油脂汙染，要（yào）避免手直接（jiē）觸摸，操作人員或檢（jiǎn）驗人員應當戴幹淨的手套進行操作或檢驗。