作者：鄭萬全 先生

　　結合鈦合金的特性以及框體類鈦合金的結構特（tè）點，本文從工藝方（fāng）案規劃、加工設備選擇、工裝設（shè）計思路、常用刀具類型以及加工注意事項等方麵進行簡要地介紹（shào）。

  
      框體類鈦合金零件加工工藝方案（àn）
   

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

      
     框體類鈦合金零（líng）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，加工設備可根據焊接接頭的情況，根據零件輪廓尺寸選擇合適（shì）的（de）五麵龍門加工中心、大（dà）型（xíng）五軸聯動加工（gōng）中心（xīn）或數控車床等。
   

　　如果采用分段粗加工，再焊接，再整體數控精加工的工藝，由於采用這類工藝方案的框體類鈦合金零（líng）件一般尺（chǐ）寸大（dà），結構複雜，焊縫多，焊接易變形（xíng），故（gù）在焊接前一般端麵、表麵均都留有較多的餘量。在精加工工藝規劃時，務必盡（jìn）可能少轉工序，因（yīn）為一旦工序太多，累計誤（wù）差以及產品的變形因素就很難控製。一般來講，優先推薦選用大型龍門車銑複合中心（見圖2、圖3）；其次推薦選用數控車床與五軸聯動加工中（zhōng）心（見圖4）聯（lián）合加工。

　　如是采用整體鍛造（鑄造）、再粗精機械加工的方案。這種工藝方案準備的零件毛坯，其加工餘（yú）量比較均勻，去除餘（yú）量相對較（jiào）少，可縮短機（jī）械加工的時間。機械（xiè）加工過程中，考慮框體類零件的內壁、外壁以及（jí）四周窗口需要粗精加工（gōng），為此在選擇加工設備時要選擇適當的數控車床（車削粗（cū）精加工）、大型龍（lóng）門（mén）五軸加工中心（內（nèi）外壁壁粗去餘量（liàng）以（yǐ）及加工四周窗口）、大型龍門車銑複合中心等（děng）來（lái）進行精加工。
   

      框體類鈦合金零件機械加工工（gōng）裝設計思路
   

　　考慮（lǜ）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，在工裝輔助設計（jì）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（de）承載（zǎi）或夾持力，有適合零（líng）件的剛性結構。
 
粗加工（gōng）時，裝夾夾緊力可（kě）大，以防止在切削寬度、深度較大的大切削過程中零件的鬆動；精加工時，考慮零件易變形，工裝夾緊力（lì）要稍小，但要可防止工件（jiàn）鬆動。對於薄（báo）壁結構的特易變形零件，務必適當增加輔助支撐工裝結構。
 
（2）盡量充分（fèn）考慮零件設計基準（使用基（jī）準）、工裝定位基準及零（líng）件檢驗基準（zhǔn）間的統一（yī）或關聯。
 
（3）滿足裝夾過程中的（de）方法簡單與（yǔ）操作快捷。
 
（4）滿足（zú）工裝在（zài）調整、一並轉序或更換過程中具有可靠的重複定位性。
 
（5）盡可能地回避結構複雜、成本昂貴，嚴格遵循手動、氣動、液壓、伺服（fú）的依次（cì）優先設計采（cǎi）用原則（zé）。
 
（6）周向需要設計（jì）限位防轉裝置，防止二次裝夾沒周向基準。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（dòng）讓位以及自動（dòng）回複壓緊。如是側麵開槽（孔）以及其他涉及到可能在加工零件時會切削到（dào）工裝的情況，一般來講在設計時應考慮適當讓位，更優的方案是推薦該工裝（zhuāng）匹配部（bù）位選用與（yǔ）零件相同的材質，以避免刀具的損壞而帶來的質量事故。
 

　　對於薄壁類框體鈦合金零件精度要求高的部位，工裝（zhuāng）的裝夾可能會導致零件的新變形。因為在（zài）切削過程中，切（qiē）削力、夾緊力之間的波動效應會產生耦合作用，導致夾緊不當的附加應力、切削後的殘餘應（yīng）力、工件內部的殘餘應力再次分布，當工裝卸力後就產生加工後新的變形（xíng）。為此針對特殊的部位，推薦運用（yòng）“過渡外形可調支撐（chēng）”或“過渡外形柔性（xìng）工裝”的辦法（見圖5），即根據自由狀態下零件過渡（dù）外形的形狀設計與之完全貼合的可（kě）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（chéng）本的角度，一般通（tōng）常采用碗狀包托與芯（xīn）部襯托（見圖5、圖6）相結合的工裝結構方式，這種方式可更有效地（dì）實現工（gōng）裝的裝夾可靠。
 

  
    
     框體類鈦合金零件（jiàn）機械加工常用刀具類型選擇
 

　　從提高（gāo）效率、提升質量、降低成本等（děng）3個綜合因素出發，加工框體類鈦合金（jīn）的刀具既希望具有較高的熱硬性，又希望具有良好的耐磨性；既希望具有良好（hǎo）的抗衝擊（jī）性，又希望（wàng）具有較好的韌性；既希望具（jù）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（wàng）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（jīng）立方（fāng）氮化硼（PCBN）等（děng）。經過生產實（shí）際驗證，硬質合金和PCD刀具（jù）被認為是加工鈦合金比較理想的刀具材（cái）料（liào）。
   

　　目前加工鈦合金選用刀（dāo）具材（cái）料最優先（xiān）考慮、最（zuì）廣泛推崇的是硬質合金刀具。因為硬質合金（jīn）具有相（xiàng）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（de）仍（réng）然是（shì）鎢鈷類硬質合金（jīn）YG8、YG6、YG3等。如通常在粗車和斷續車削時采用YG8刀片，精車和連續車削時選用YG3刀片，一般加工則選用YG6刀片。如果使用（yòng）添加的稀有金屬（shǔ）的細晶粒硬質合（hé）金YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀具的壽命和（hé）加工效率。實踐中不選用鎢鈷鈦(YT)類硬質合金刀具的原因是YT類刀片中含（hán）有鈦，它與被加工的鈦合金之間會發（fā）生（shēng）很強烈的親和力，很快粘掉刀尖。

 
　　硬（yìng）質合金加工鈦合金速度可以達到45 m/min以上，但當切削速度繼續增加時（shí），刀具和工件接觸麵的（de）溫度迅速升高，同（tóng）時（shí）由於Co的熔點較低，在高的切削溫度及（jí）元素擴散作用下，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，使硬質合金刀具發生嚴（yán）重的塑性變形、粘結磨損和擴散磨損，導（dǎo）致刀具失效。因此，硬質合金刀具隻（zhī）適合切削速度小於75 m/min的鈦合金。

 
　　聚晶金剛石（shí）刀具具有極高的硬度，也具有超高的耐磨性，還（hái）具有高彈性（xìng）模量、高導熱係數、刃口鋒（fēng）利、低摩擦係數（shù）以及與非鐵金屬親和力小等優點。該類刀具適用於鈦合（hé）金的精加工（gōng）和超（chāo）精加（jiā）工。

 
　　聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具，其硬度雖然略低於金剛石，但它具（jù）有比金剛石更好的特點是（shì）熱穩定性高得（dé）多，可達到1 200℃以上（金剛石的耐熱溫度隻有700~800℃），化（huà）學惰性大（dà），與鈦合金在（zài）1 200℃時（shí）都不起化學反應。PCBN刀具相（xiàng）比硬質合金刀具（jù），有著（zhe）切削速度高（gāo）、表麵粗糙度質量好（hǎo）和刀具壽命長等特點，為此PCBN刀具更適合用作鈦合金（jīn）的精加工。但由（yóu）於PCBN刀具脆性很大，在切削（xuē）加工中務（wù）必忌諱斷續切削或突變（biàn）餘量（liàng）切削。
   

      框體（tǐ）類鈦合金零件加工的其他注意事（shì）項

 
　　不求高的切（qiē）削速度，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、刀刃粘結和（hé）擴散磨損（sǔn）嚴重。走刀量的變化對溫度的變化不明（míng）顯，所（suǒ）以降低切（qiē）削速度（dù）增大切削走刀量是合理、適宜的切削方式。

 
　　當車（chē）削時為了改善散熱條件和增強切削刃，前角（jiǎo）一般（bān）取5°～9°；為了（le）克服因回彈而（ér）造（zào）成的（de）摩擦，刀體的後刀麵一般取10°～15°；當鑽孔時，縮短鑽頭長度、增加鑽心的厚度和導（dǎo）錐量，鑽頭的耐用度可提高好幾倍（bèi）。

 
　　不可缺少（shǎo）切削液，且水溶性切（qiē）削液較為（wéi）合適。但不能使用含有氯或其他鹵元素和含硫的切削液，這類切削液會對鈦合金（jīn）的力學性能產生不良（liáng）影響。  

 
　　針（zhēn）對易變形的鈦合金框體類零件，在數控精加工之前，原則推（tuī）薦要進行（háng）詳細的測量，要根據測量的結果仔細分（fèn）析再分配加（jiā）工餘量以及再核定加工坐標。

 
　　銑削加工先三軸加工後（hòu）五軸加工，先麵加工後孔加工。維持數控編程加（jiā）工坐標係的統一，盡量合並工序（xù）減少翻麵。與鈦（tài）合金接觸的所有工具、夾具等裝置都要（yào）事（shì）先側地潔淨。經清洗過的（de）鈦合金零件，要防（fáng）止油脂汙（wū）染，要避免手直接觸摸，操作人員或（huò）檢（jiǎn）驗人員應當戴幹淨的手套進行（háng）操作或檢驗。