钛合金材料的数控加工方法解析
周晓庆。
引 言。
钛合金由于具有高强度、低密度和高耐腐蚀的特点，在航空航天工业中获得了广泛的应用。然而在加工过程中，刀具耐用度低、热导率小、粘刀严重，其属于难加工材料。
现如今，我国的科技发展十分迅速，通过分析钛合金薄壁滤筒的使用性能、结构特点和设计精度要求，实际生产制定的数控加工工艺要注意选取科学合理的切削刀具和切削用量，特别是在定位、装夹、找正等方面总结出的一些经验和注意事项，就能解决钛合金材料难切削性对薄壁滤筒造成的加工困难问题和钛合金加工过程中易产生毛刺问题。合理的数控加工工艺是保证钛合金薄壁滤筒加工精度的关键，同时也是大批量生产提高加工效率，缩短加工周期的关键。
一、钛合金零件的性能特点及其应用。
①密度小，强度高，强度大于高强度钢。②热稳定性好，高温强度高。在300℃～500℃以下，它的强度约比铝合金高十倍。③抗蚀性好。钛合金在潮湿大气和海水介质中工作，其抗蚀性能远优于不锈钢，对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力很强。对碱、氯化物、硝酸、硫酸等有着优越的抗腐蚀能力。④化学活性大，能与大气中的O、N、H、CO、CO2、水蒸气等产生剧烈的化学反应。在600℃以上时，钛吸收氧，形成硬度很高的硬化层。H含量上升，也会形成脆化层。⑤导热性差。钛的导热系数低，约Ni的1/4，Fe的1/5，Al的1/14，钛合金的导热系数更低，一般为钛的50%。⑥弹性模量小。钛的弹性模量为107800MPa，约为钢的1/2。综上所述，由于钛合金具有比重小、强度高、无磁性、耐腐蚀和高温的特点，广泛用于船舶、航空航天、精密仪器仪表等领域的核心零件。
钛合金滤筒在加工窄槽前壁厚大于1mm，虽然这种薄壁结构会使加工过程刚性降低，车削加工容易引起振颤，但车削仍属于连续切削形式。粗精加工外圆和端面是一般的常规车削，掉头装夹后要找正外圆，保证端跳动和圆跳动不超过0.02mm的情况下留精加工余量粗车内孔，这样能保证两端面与轴线垂直度以及内外圆柱面的同轴度均在0.05mm以内。在实际生产中要注意：①钛合金内孔加工不易断屑，容易缠绕在刀具上堵塞内孔发生滤筒夹紧力不足，导致薄壁滤筒从三爪卡盘中脱落发生危险，所以要在程序段中特意添加规律性进给停顿语句，让屑断开并能顺利排出内孔;②在装夹时要注意夹紧力的大小，过大容易引起薄壁圆柱的变形，影响加工精度，过小则存在脱落发生危险的可能，所以夹紧力要大小适当，必要时要精确量化;③由于后续铣削加工中空间的原因，选用外圆柱面定位装夹铣削窄槽时容易引起刀具和夹具的干涉，必然会选用内孔定位，尽管内孔在此工序是粗加工，但在尺寸精度和表面质量方面必须满足一定的要求，一致性要好，否则将导致后续铣削工序费时费力。
（二）走刀方式的选择。
铣削钛合金时，宜采用顺铣。顺铣时，由于刀齿切出时的切屑很薄，不易产生积屑瘤，能减小黏结磨损。逆铣正好相反，容易黏屑，当刀齿再次切入时，切屑被碰段，容易使刀具材料剥落、崩刃。但是，顺铣时由于钛合金弹性模量小，容易造成让刀现象，因此需要光刀一次。顺铣时作用在工作台上的水平分力与走刀方向相同，由于丝杠与螺母之间有间隙，会使工作台突然窜动，发生啃刀。但是数控加工中心进给丝杠与螺母无间隙，这为采用顺铣走刀方式提供了方便。
薄壁滤筒经过数控铣开窄槽加工后，内孔中沿窄槽布满了毛刺，精车内孔的目的主要是去除内孔毛刺，让内孔尺寸和表面质量达到精度要求。此时的车削加工属于断续切削形式，加工难度相对更大，在实际生产加工过程中要注意以下几点：尽可能地减少振颤，减少应让刀带来的加工误差;切削用量与内孔精车余量要匹配好，余量过大造成内孔断续切削加工困难，余量过小时毛刺容易挤向窄槽内，这样内孔毛刺清除费时进给速度f=0.1mm/r的情况下，车削平稳毛刺去除效果最佳;同样在装夹时要注意加长铜软爪对薄壁滤筒夹紧力的大小，过大容易引起薄壁圆柱的变形，影响加工精度，过小则存在脱落发生危险的可能，所以夹紧力要大小合适，必要时要精确量化。加工完成后经过检验合格。
结 语。
薄壁滤筒零件结构简单，数控加工工序也相对简单。围绕着钛合金加工过程中给出的刀具类型、切削参数、装夹找正方法和注意事项，为大批量难加工材料薄壁结构零件的加工提供了一定的参考和借鉴。值得一提的是，在精车内孔的同时解决了上一工序窄槽加工时遗留的毛刺问题。在数控加工工艺安排上，后一工序既能实现本工序的加工目的又能解决前一工序遗留的问题，这种工艺安排方法省时高效。
参考文献：
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