作者：鄭（zhèng）萬全 先（xiān）生

　　結合鈦合金的特性以及框體類鈦合金（jīn）的結構特點，本文從（cóng）工藝方案規劃、加工設備選擇、工裝設計（jì）思路、常用刀具類型（xíng）以及加工注意事項等方麵進（jìn）行簡要地介紹。

  
      框體類鈦合金零件加工工藝方案
   

　　框體類鈦合金零件，常見的是鈦合金機匣（見圖1）。根據產品使用的不同要求以及它的加（jiā）工特點，目前主要有4種工藝：①分段精加工，再焊接，再補充加工（gōng）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（zhěng）體鍛造，再粗精（jīng）機加工。④整體（tǐ）鑄（zhù）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（jīng）加工、再焊接、再補充加工焊接（jiē）接頭部位的方案，加工設備可根據焊接接頭的情況（kuàng），根據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心或（huò）數控車床等（děng）。
   

　　如果采用分（fèn）段粗加工，再焊接（jiē），再整體數控精加工的工藝，由於采用這類工藝方案（àn）的框體類鈦合金零件一般尺（chǐ）寸大，結構複雜，焊縫多，焊接易變（biàn）形，故在焊接前一般端麵、表麵均都留有較（jiào）多的餘量。在精加工工（gōng）藝規劃時，務必盡可能（néng）少轉工序，因為一旦（dàn）工序（xù）太多，累計誤差以及產品的變形（xíng）因（yīn）素就很難控製。一般來講，優（yōu）先推薦選（xuǎn）用大（dà）型龍門車銑複合中心（見圖2、圖3）；其（qí）次推（tuī）薦選（xuǎn）用（yòng）數控車床（chuáng）與五軸聯動加工中心（見圖4）聯合加工。

　　如是采用整體鍛造（鑄造）、再粗精機械加（jiā）工（gōng）的方案。這種工藝方案準備的零件毛坯，其加工餘（yú）量（liàng）比較（jiào）均勻，去除餘量（liàng）相對較少，可縮短機械加工的時間。機械加工過程中，考慮框體類零（líng）件的內壁、外壁以（yǐ）及四周窗口需要粗精（jīng）加工，為此在選擇加（jiā）工設備時要選擇適當的數控車床（車削粗精加（jiā）工）、大型龍門五軸加工中心（內外壁壁粗（cū）去餘量以及加工四周窗口）、大型龍（lóng）門（mén）車銑複合中心等來進行精加工。
   

      框體類鈦合（hé）金（jīn）零件機械加工工裝（zhuāng）設計（jì）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（zhuāng）輔助設計時務必遵循（xún）以下的基本原則。

 
（1）滿足工裝（zhuāng）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（jiàn）的剛性結構。
 
粗加工時（shí），裝夾（jiá）夾緊力可大，以防止在切削寬度、深度較（jiào）大（dà）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（jǐn）力要稍小，但要可防止工件鬆動。對於薄壁結構的特易變形零件，務必適當增加輔（fǔ）助支（zhī）撐工裝結（jié）構。
 
（2）盡量充分考慮零件設計基準（使（shǐ）用基準）、工裝定位基（jī）準（zhǔn）及零件檢驗（yàn）基準（zhǔn）間的統一或關聯。
 
（3）滿足裝夾過程中的方法簡單與操作快捷。
 
（4）滿足工裝在（zài）調整、一並轉序或更換過程中具有可靠（kào）的重複定位性。
 
（5）盡可能地回避結構複雜、成（chéng）本昂貴，嚴（yán）格遵循手動、氣動、液壓、伺服的依次優先設計采用（yòng）原則。
 
（6）周向需要設計限位防（fáng）轉裝置（zhì），防止二次裝夾沒周向基準。如批量較大，可以（yǐ）設計（jì）氣動、液壓的自動（dòng）化夾具，實現加工時壓緊塊自動讓位以及自動回複壓緊。如是側（cè）麵開槽（孔）以及其他涉及到可（kě）能在加工零件時會切削到工裝的情況，一般來（lái）講在設計時應（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（dāo）具的損（sǔn）壞而帶來的（de）質量事故。
 

　　對於薄壁類框（kuàng）體鈦合金零件精度要求高的部位，工裝的裝夾可能會導致零件的新變形。因為在切削過程中，切削（xuē）力、夾緊力之（zhī）間的波動效應（yīng）會產生耦合作用，導致夾緊（jǐn）不當的附加應力、切削後的殘餘應力、工件內部（bù）的殘（cán）餘應力再次（cì）分布，當工裝卸力（lì）後就產生加工後新的變形。為此針對特（tè）殊的部位，推薦運用（yòng）“過渡（dù）外形可調支撐”或“過渡外形柔性工裝”的辦法（見圖5），即根據自由狀態下零件過渡外形的形狀設計（jì）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（jīn）零件內壁（bì）時，更多從節約成本（běn）的角（jiǎo）度，一般通常采用（yòng）碗狀（zhuàng）包托與芯部襯托（見圖5、圖（tú）6）相結合（hé）的工裝結構方式，這種方式可更有效地實現工裝的（de）裝夾可靠（kào）。
 

  
    
     框體類鈦合金零件機械（xiè）加工常用刀（dāo）具類型選擇
 

　　從提高效率、提升質量、降低成本等3個綜合因素出發，加工框體類鈦合金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（jì）希望具有良好的抗衝擊性，又希望具有較好的韌性；既希望（wàng）具有（yǒu）較高的（de）導熱係數，又（yòu）希望具有較（jiào）低的化學活性。從這（zhè）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（jīn）剛石（PCD）和聚晶立方氮化（huà）硼（PCBN）等。經（jīng）過（guò）生產實際驗證，硬質合金和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（xuǎn）用刀具材料最優先考慮（lǜ）、最廣（guǎng）泛推崇的是硬質（zhì）合金刀具。因為（wéi）硬質合金具（jù）有相對成本（běn）低（dī）廉、導熱（rè）性較（jiào）好、硬度較高、韌性和紅硬性較好（hǎo）的（de）特點。依其化學（xué）成分可分為鎢鈷類（YG）、鎢鈷鈦類(YT)和添加稀有碳化物類（YW），目（mù）前在工業生產實際中獲得廣泛應用的仍然是鎢（wū）鈷類硬質（zhì）合金YG8、YG6、YG3等。如通常在粗車和（hé）斷續（xù）車削時（shí）采用YG8刀片，精車和連續車削（xuē）時選用YG3刀片，一般加工則（zé）選用YG6刀片。如果使用添加的（de）稀有金屬的細晶粒（lì）硬（yìng）質合（hé）金YA6、YD15、YG10H、YS2等，可提高刀具的壽命和加工效率。實踐（jiàn）中不選用鎢鈷鈦(YT)類硬質合金刀具的原因是YT類（lèi）刀片中含有鈦，它與被加工的鈦合金之間（jiān）會發生很強烈的親和力，很快粘（zhān）掉刀尖。

 
　　硬質合金加（jiā）工鈦合金速度可以達到45 m/min以上，但當切削速（sù）度繼續增加（jiā）時，刀具和工件接觸麵的溫度迅速升高，同時由於Co的熔點（diǎn）較低，在高的切削溫度及元素擴散作用下，造（zào）成了刀具材料中W和Co元素的擴散和流失，降低了刀具的（de）硬度和韌性，使硬質合金刀具發生嚴重的塑性變形、粘結磨（mó）損（sǔn）和擴散磨損，導致刀具失效。因此（cǐ），硬質合金刀具隻適合（hé）切削速度小於（yú）75 m/min的鈦合金。

 
　　聚晶金剛石刀具（jù）具有極高的硬度，也具有超高的耐磨性，還具有高彈性模量、高導熱係數、刃口鋒利（lì）、低摩（mó）擦係數以及與（yǔ）非鐵（tiě）金屬親和力小等優（yōu）點。該（gāi）類刀具適用於鈦合金的精加工和超精加工。

 
　　聚晶立方（fāng）氮化（huà）硼(PCBN)刀具，其硬度雖然略低於金剛石（shí），但它（tā）具有比（bǐ）金剛石（shí）更好的特點是熱穩（wěn）定性高得多，可達到1 200℃以上（金剛石的耐熱溫（wēn）度隻有700~800℃），化學惰性大，與鈦合金（jīn）在1 200℃時都不起化學（xué）反應。PCBN刀具相比硬質合金刀具，有著切削（xuē）速度（dù）高、表（biǎo）麵粗糙度質量好和刀具壽命長等特點，為此PCBN刀具更適合用作（zuò）鈦合金的精加工。但由於PCBN刀（dāo）具脆性很大，在切削加工中務必忌諱斷續切削或突變餘量（liàng）切（qiē）削。
   

      框體類鈦（tài）合（hé）金零件加工的其他注意事項

 
　　不求高（gāo）的切（qiē）削（xuē）速度（dù），唯求可靠增大切削走刀量。過高的切削速（sù）度（dù）會導致刀（dāo）刃（rèn）過熱、刀刃粘結和（hé）擴散磨損嚴重。走刀（dāo）量的變化對溫度的變（biàn）化不明顯，所以降低切削（xuē）速度增（zēng）大切削走（zǒu）刀量是合理、適宜的（de）切削方式。

 
　　當車削時為了改善散熱條件（jiàn）和增強切削刃，前角一（yī）般取5°～9°；為了克服因回彈而造成（chéng）的摩擦，刀體（tǐ）的後刀麵一般取10°～15°；當鑽孔時，縮短鑽頭長（zhǎng）度（dù）、增加鑽心的厚度（dù）和導（dǎo）錐量，鑽頭的耐（nài）用度可提高好幾倍。

 
　　不（bú）可缺少切（qiē）削液（yè），且水溶性切削液較為合適。但不能使用含有氯或其他（tā）鹵元素和含硫的切削液，這類（lèi）切削液（yè）會對（duì）鈦合金（jīn）的力學性能產生不良影響。  

 
　　針對易變形的鈦合金框（kuàng）體（tǐ）類零（líng）件，在數控精加工之前，原則推薦要進行詳細的測量，要根據測量的結果仔（zǎi）細分析再分配加工餘量以及再核定加工坐標（biāo）。

 
　　銑（xǐ）削加工先三軸加工後五軸加工，先麵（miàn）加工後孔加工。維持數控編（biān）程加工坐標係的統一，盡量合並工序減少（shǎo）翻麵。與鈦合金（jīn）接（jiē）觸的所有工具、夾具等裝置都（dōu）要事（shì）先側地潔（jié）淨。經清洗過的（de）鈦合金零件，要防止油脂汙染，要避免手直接觸摸，操作人（rén）員或檢驗人員應當戴幹淨的手套進行（háng）操作或檢驗。