孙光照
哈尔滨东安高精管轴制造有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：随着社会对钛合金材料需求的不断增加，钛合金零件加工技术的进步和发展受到了广泛的关注和重视。分析现有加工技术的优势，充分发挥其优势，结合实际技术问题，解决有针对性的问题，提高产品的可靠性，将质量提高到一个新的高度，是保证行业稳定发展的前提，也是为长远发展提供技术支持。
关键词：钛合金；零件；加工；工艺；
结合钛合金零件的加工特点，对钛合金薄壁零件进行深入分析，通过切削刀具材料、刃磨角度、切削要素、加工流程、浇注方式和夹紧力的制定等参数选择，解决钛合金薄壁零件精度高、难加工和易变形的切削难题。提高零件加工质量，从而达到保证零件尺寸精度及形位公差的目的。
一、钛合金薄壁零件加工难点
1.材料组织切削加工性差。钛合金材料组织复杂，亲和力大，晶格原子不易脱离平衡位置，切削时使切削温度大幅提高，刀具易磨损。
2.材料加工切削温度高、刀具磨损快。钛合金材料的零件加工时，切削区温度远高于其他材料的温度，材料的导热系数小于不锈钢和高温合金的导热系数，散热条件差，使切削区温度迅速上升，积于切削刃附近不易散发，造成加工刀尖附近应力集中、刀具磨损崩刃，从而破坏零件加工表面质量。
3.材料加工切削用量要素难以控制。在切削速度、走刀量、切削深度和机床振动等因素的影响下，加工薄壁钛合金零件时，切削过程中产生振动，使零件变形。
4.零件尺寸精度及形位公差不易保证。钛合金材料价格较昂贵，主要用于产品中的精密结构零件，钛合金薄壁零件的尺寸精度、形位公差要求高，受工艺流程、加工工序的划分等因素的影响难以保证。
5.零件加工易变形。零件壁薄、刚性差，每一次切削加工由于应力释放，造成零件变形，影响壳体零件尺寸精度及形位公差。
6.夹紧易变形。薄壁零件定位装夹时，在径向夹紧力作用下产生变形，当加工完成后零件恢复弹性变形，产生椭圆变形造成尺寸超差报废。通过以上对钛合金薄壁零件加工变形的分析，解决的主要措施概括起来就是:选择合适的刀具材料、刃磨角度、切削要素、加工工艺流程、热加工方法和正确的装夹方式等。
二、加工技术完善
由于钛合金材料的价格比较高，造成生产的经济投入量高，往往会造成很大的浪费，通过实践经验进行分析总结，在刀具的材料选择、刀具的角度、切削的用量、加工技术流程等不同的角度分析，尽量降低出现问题的概率。
1.刀具材料。加工中不同类型的刀具材料耐用度有一定差距，根据加工零件的不同，考虑刀具耐用度、换刀的次数，经济成本，选择最适合的刀具。锋钢材料的刀具基本为W18Cr4v，其在低于400度下的温度正常工作，普遍应用在加工切削抗拉性强度高于85ｋｇ／ｍｍ２的零件加工中，对于温度的耐受性差。钛合金零件加工应用导热性高、具有抗氧化能力、抗弯强度高、抗粘性的硬质合金性刀片，例如钨钴类型的合金刀片，选择IC 907、Y/0HT、YG 643型号的刀片，提升加工效果，保证加工质量。
2.刀具角度。对于不同类型的加工类别道具进行对比发现，粗加工、半精加工、精加工的各个过程改进的刀具前角和后角和改进过后的对比更加小，刀具的锋利程度低，刀具的主切削力大，提升振动，造成被加工零件变形概率增加，废品出现的可能性高。
改进后使用刀具的前角和后脚明显增大，降低应用刀具的切削负荷，降低零件主后面和工件之间的摩擦，主切削力降低，工件的质量得到保证，提高加工水准。钛合金粗加工环节，适当的增加主偏角，提升刀具强度，降低径向力，防止振动；增加前角，降低切削刃在单位区间内产生的负荷，加快散热速度，适当延长使用刀具的期限；精加工环节余量小，切削抗力和切削变形小，所以对于刀具的模式度低，适合应用小的走刀量，关注零件的加工质量，避免变形，重点在于精加工。精加工中应用较大的前角和后脚，提升偏角保证锋利性，为加工顺利进行服务。壳体零件加工选择的刀具需要锋利、适度降低前刀面和后刀面的粗糙程度，不允许存在烧伤、裂纹、缺口、毛刺等问题；尽量使用硬质的合金砂轮来进行刃磨，在前角增大一倍、粗加工后脚加倍、半精加工、精加工后脚提升30%；主偏角提升50.的条件下，刀具的耐用程度变为原来的3倍。
3.加工工艺流程。不同加工工艺流程加工效果可以看出粗加工改进后对薄壁钛合金零件变形影响不大，半精加工改进后增加了热处理及基准加工使零件变形较小，但是由于工序加工应力还不能完全消除，使零件产生椭圆变形。精加工改进后进行了两次热处理时效消除加工应力，同时增加了对基准进行精加工和精加工循环工序，消除了定位基准椭圆度及加工变形，最后热处理三个循环稳定零件加工尺寸，达到了保证零件尺寸精度的要求。
4.切削用量。钛合金零件为薄壁，在每个加工环节中应力都会释放，释放环节在工件的逐步工序切削下完成，改进前零件在粗加工环节直接的进入到精加工，加工余量太大，应力释放不完全，走刀量快，径向的切削力非常大，导致零件变形大。所以加工的工序应该转化为，粗加工后采用半精加工环节，最后精加工。利用适合的切削量，避免整个操作中刀具的震动。在初步加工后降低加工应力，通过精加工消除加工应力的效果。精加工环节控制切削速度、切削深度、进刀量，避免切削中的振动问题，促进加工精度的提升，避免机床和零件形成共振，降低变形的可能性。
5.合理浇注。钛合金材料在进行切削加工过程中，区域内的温度高，必须利用切削液来控制温度变化，保证加工质量，防止刀具产生过强疲劳强度。壳体类型零件加工环节，利用外表面浇注方式，在离心力的作用下浇注液过快的离开工具表面，无法达到冷却效果。因此适当选择中控方式或是刀杆类型，让冷却液进入到切削区，防止形成积屑瘤，降低零件温度，包装加工合理展开。
6.真空处理。真空处理具体包括三个阶段，不同阶段具有各自的效果。第一阶段真空处理降低加工后的应力，提升切削性能，通过真空炉的热处理，降低其他的元素，O、N、H、C进入到加工部件中的可能性，加工后的间歇式固溶体，让表面的晶格出现弯曲，塑性降低，加上C、N的影响，最终形成高硬度的表层；第二阶段的处理目的是稳定加工的尺寸，再次消除加工应力，保证好的工艺加工性。第三阶段处理目的是稳定钛合金薄壁零件的加工效果，维持较好的使用性能。
7.夹具。利用零件自身的螺纹和夹具螺纹形成拉近，避免形成径向的压力，有效防止拉力造成的变形问题，通过一次的装夹，一次断面加工，保证零件的尺寸精度，满足形位公差要求，加工过程中，通过转动让凹凸圈合拢。
8.切削液注入方式。加工时采用极压乳化液或挤压切削冷却， 切削液注入方式效果。零件加工后， 及时清洗干净， 不要与铅、铜、锡、镉等合金及含氯液体接触，以免造成应力腐蚀。
9.其他。加工壳体类型的钛合金零件，需要利用高温热处理程序，改善材料的切削性能，利用低温热处理稳定加工组织，消除切削应力；增加定位基准的精加工，降低零件的椭圆度。
总之，加工钛合金薄壁壳体零件时，选用的刀具材料、刃磨角度、切削用量、工艺流程、热处理方法、加工夹紧形式和切削液注入方式等具体措施。通过实践对比表明，合理选用加工各项参数可明显改善刀具加工的耐用度及减小零件变形，提高钛合金薄壁壳体零件加工质量。
参考文献：
［1］张晓芳．钛合金薄壁零件加工工艺技术研究．2020.
［2］王利伟．赵丽萍，等，钛合金薄壁管壳切削加工的热处理工艺．2019.