钛合金结构件零件切削加工的控制方法

钛合金结构件零件切削加工的控制方法

钛合金结构件的加工难点以及弱刚性结构加工变形影响因素，从机床的选用、刀具的选用、有效的冷却等几个方面提出了弱刚性结构件加工变形的控制方法。钛合金材料具有重量轻、强度高、耐高温等优异性能。比如用TC18钛合金代替高强度结构钢作为起落架，飞机结构可以减轻15%左右的重量。因此，新型高强度钛合金广泛应用于国外先进飞机的主承力部件中。例如，在美国B-1轰炸机的机体结构材料中，钛合金约占21%；俄罗斯伊尔-76飞机的钛量已达到机体结构重量的12.5%。从发展趋势来看，欧美钛合金的使用量逐渐增加，这也说明钛合金的广泛使用，尤其是一些新型钛合金，已经成为航空设计的发展方向。然而，大多数航空航天产品使用薄壁部件，其结构相对复杂，精度要求高。由于壁薄导致零件刚度差，在切削力的作用下容易产生加工弯曲变形，壁厚尺寸不一致，导致超差。目前，企业常用的方法是反复精加工铣削。由于钛合金导热系数小，弹性模量低（约为钢的1/2），化学活性高，余量小，无法铣削，往往会产生少切割现象。为了保证零件尺寸只能手工抛光，零件的加工周期大大提高，零件表面可能过热。

一.钛合金结构件零件的切削加工解决方案

影响钛合金弱刚性结构加工的主要因素有：机床刚刀具选择、工艺参数、有效冷却等。在加工过程中，各种因素作用，交互影响，变形误差的累积致使加工出的弱刚性结构件超差，加工变形难以控制。

2.1机床的选用

机床-夹具-刀具的刚度更好，机床各部件之间的间隙要调整好，主轴径向跳动要小，尽量使用这种机床。

2.2刀具的选用

新型刀具材料的发展和应用主要是提高切削生产率的结果。过去几十年里，切削刀具有了很大的发展，包括硬质合金涂层，陶瓷，立方氮化硼，多晶金刚石。这些用来加工铸铁、钢和高温合金是有效的。但是没有一种刀具能够改善钛合金的切削加工性，这是因为切削钛合金的刀具材料要求具有非常重要的性能，这些包括：1）良好的热硬性以抵抗很高的应力；2）良好的导热性以降低热梯度和热冲击；3）良好的化学惰性以降低与钛发生化学反应的趋势；4）良好的韧性和抗疲劳能力以适应切屑分割过程。在几乎所有的钛合金切削加工过程中，碳化钨类（WC/co）硬质合金刀具被认为是性能的。一些试验表明所有的硬质合金涂层刀具其磨损率大于那些未涂层的刀具。虽然现在的陶瓷刀具质量已经得到了提高并且越来越多的用于加工难切削材料，尤其是那些高温合金（例如镍基高温合金），但是由于其导热性能差、断裂韧性低并且与钛发生反应，所以他们并没有取代硬质合金和高速钢。切割钛合金时，超硬切割刀材料(立方氮化硼和多晶金刚石)磨损率低，性能好。

薄壁铣削变形是钛合金弱刚性结构件铣削过程中存在的主要问题。由于钛合金弹性模量低，切削力相对较大，薄壁在铣削过程中容易变形，结果薄壁实际厚度大于理论厚度。要解决这个问题，就要尽量减少铣削过程中薄壁受到垂直加工表面方向造成薄壁变形的力。