航空TC21钛合金的机械加工

航空 T 2 C 1钛合金的机械加工西安飞机国际航空制造股份有限公司 (陕西 7 0 8 )刘红涛 109

随着先进的第四代飞机和高推比航空发动机的设计及应用技术的飞速发展，对材料特别是钛合金结构材料的需求大大增加，并对钛合金的性能提出了更高的要

先进飞机受力件的主选材料之一。但是钛合金的机械加工性有诸多不利的特性，属于难加工材料，原因在于：

( )屈服极限和强度极限之比 (/ )高达 1 08 09 ( . 5~ .5钢仅为 0 6— .5,导致冷作硬化，增 .5 0 7 )

求。其中，高损伤容限性能是目前先进战略飞机长寿命、高机动性、低成本的重要材料性能指标。

大冷作硬化层，降低合金塑性，加剧刀具磨损。( )导热性差，仅为钢的 16—13 2//,因而切屑带走热量与工件传导热量少，使切削区的温度高，导致加工变形：切削卷曲引起刀尖部位热量升高，压力加大， 使刀具前后面易于磨损；增加刀具后刀面与已加工面摩擦，影响加工表面质量。

海上预警机验证机作为一个新研项目，根据其设计方案的总体要求，其尾翼部分零部件选用了新型的高强

高韧损伤容限型钛合金 T2材料制造承力接头。但是 C1由于 T 2钛合金是我国自行研制的具有独立自主知识 C1产权的第一个高强高韧损伤容限型钛合金，目前，国内

其他同行仅对该材料的物理、化学和力学性能进行了初步研究，在机械加工领域研究目前还是一片空白，而且国外先进航空企业对同类型的钛合金加工性能的研究封锁很严，没有任何可以借鉴的经验。我公司在以往的型号研制中，虽然大量使用过高强度钛合金，也开展过这方面的研究，但对于损伤容限型钛合金 T 2 C 1也是首次

( )钛合金的弹性模量小 ( 3 E=1 O 0 g m , 1 0 k/ m ) 约为钢的 12/,故刚性差、易变形。切削加工时，在切削力的作用下，工件容易产生让刀，不易保证零件的尺寸精度和形状精度，刀具切削之后，加工表面的回弹量

很大，为不锈钢的 2~3倍，造成刀具后刀面强烈的摩擦、粘附、粘结磨损。 ( )钛合金易粘附刀具，这是因为刀具与切削单位 4接触面积压力增大，使已加工表面产生回弹作用，切削后的切屑与刀具表层材料产生“亲和”作用，呈现粘刀一

使用，对其加工性能一无

所知，这是目前最大的困难，只能在实际生产中不断摸索，总结优化，逐步了解和掌握。通过对典型零件的机械加工，总结出该材料的机械加工典型工艺方案的制定，工艺参数的合理选择等相关

粘结一扩散过程，加快刀具磨损。 ( )高温下的钛合金与空气中的化学作用很强，在 5

的因素，为公司编制典型工艺规范和其他技术文件等提供了前提条件，并且为今后该材料的广泛应用提供一定

30以上高温作用下，钛合金易与大气中的 O、N、 0%:: H、C: 0和 c 0等物质产生强烈的化学反应，生成硬化层，加速刀具磨损。

的理论依据。

1 .零件材料性能分析钛合金大致分为三种：型、卢型、+ 卢型。型

( )在导热、导温、亲和及弹性模量诸因素作用 6下，切削区域的热量大量聚集，当温度高达 90— 8 1 9%范围时刀具刃口呈现回火、钝化等；钛合金精加 8 0工易产生烧伤、裂纹及残余应力。

钛合金代号为 T J型钛合金代号为 T;O+ A; B B/卢型钛合金代号为 T。其中最难加工的为/型钛合金，其次就是 c 3+型钛合金，次之是型钛合金。

钛合金材料具有比强度高 (密度为钢的一半，而且强度却超过钢的弹性 )、耐腐蚀性好 (于最好的不锈优

2零件结构特点分析 .如图 1、图 2所示，此类零件结构特点为：零件材料均为 T 2钛合金，毛坯尺寸分别为 5 0 m× 3 m C1 3m 30 m

钢，且像钢一样易于铸造和锻造加工)等特点，是现代

一

!笙丝塑

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参磊工冷工加

X 1m 5 m和 4 0 m× 4 r× 5 m。零件壁厚小，大 l 0m 30 m 7 m a部分为 2~3 m,而且槽腔多，加工开敞性差，刀路回 m

功率机床粗加工去除毛料黑皮硬化层，考虑到在加工时

要从零件毛料外侧进刀，要求铣六方，同时也便于普通机械加工划线工序的进行。②粗加工：为了节约数控设备资源，降低加工成本，提高加工效率，采取使用普通机床进行零件大余量的去除。③半精加工：为了使精加

转余地小，尤其是两耳片之间的槽腔，空间狭小，度深较大；槽腔转角半径小于 5 mm,导致刀具在接转角时， 刀具刚性差，容易在转角处产生断刀啃伤零件；粗加工

余量大，加工周期长；端头耳片容易变形，尺寸公差

工余量均匀，保证加工质量，提高加工效率，普铣无将法加工到的大余量部位，采用数控半精加工，零件单面

小，以保证；耳片端头两精度孔，由于采购专用钻铰难刀具，周期长，费用大，所以只能是用数控精镗的方式完成，没有可供参考加工参数，难度较大。

均匀留余量 1 3 m~ m。④去除切削应力热处理。⑤数控精加工零件上下表面、加工基准，并建立坐标系。⑥数控精加工零件理论外形，为了提高零件的加工效率，认真分析零件型面特点，用去零件理论外形容差的思想，采取五轴联动方式进行加工，钛合金的五轴联动加工对

机床设备，刀具强度，刚性要求较高，而且参数选择非常重要。⑦数控精加工型腔，转机床 (兰宝地转由D MG),采用数控五轴加工中心进行立卧转换的方式，图 1海上预警验证机尾翼部分前梁悬挂接头本体三维图

精加工零件耳片槽子。⑧数控反面精加工型腔外形等。⑨钳工修整，送计量，检验，卸料。⑩6 3厂按标工精镗

两孔，保证位置尺寸。返回后零件表面处理。 经过优化后的工艺方案是使零件的加工周期大大缩短，尤其是数控粗加工改为普铣和理论外形三坐标行切

改为五轴联动侧刃铣。图2海上预警验证机尾翼部分后梁悬挂接头本体三维图

4机床的选择 .零件毛料重量分别为 8 . 8 k、5 .4 k,加工完 6 15 g 0 0 6 g成后零件重量分别为 17 5 g . 9 k。两零件的金属 . 5 k、137 g

结合以上分析首先要解决以下几个问题：①工艺方案的制定。②加工过程中机床、刀具、加工参数的合理

选择。③加工过程中零件变形、动等情况的控制。④颤由于零件配套时间紧，材料难加工，在保证进度和质量

去除率 9.6、9.%,为提高零件的切削效率，选 79% 72择合适的数控机床加工零件是非常必要的。众所周知，

的前提下加工效率问题等。

要提高切削效率就必须提高单位时间内的金属去除率。金属去除率公式：Q=O, p功率公式：P=Q K式中 o——切削深度； a——切削宽度； ,——进给率；——

3零件加工工艺方案的制定 .结合该类零件的结构特点，参考 TA、T 1、 C- C 8T6 1V等钛合金的加工经验

,制定工艺方案如下： iA4

1 0 0 0

( )第一套工艺方案 1

普铣加工零件上下面黑皮一

数控加工基准边一数控粗加工一去应力热处理一数控精

加工基准边，钻基准孔一数控精加工零件理论外型三轴行切一数控精加工零件型腔一数控反面精加工耳片槽 (数控五轴加工中心进行立卧转换 )一数控反面精加工型腔一数控铣零件外形 (于普铣卸工艺凸台)一钳工便修整一计量一普铣卸料一钳工修整一检验— 3厂精镗两精度孔一检验一表面处理。 ( )优化后第二套工艺方案 2具体分为：①选用大

功率比系数 (经验值 ),对于铝合金材料

而言，整体刀加工时 K: 25镶齿刀加 1.,工时 K=1 3~1.。 3 5

在切削深度和切削宽度一定的情况下，进给速度越高则金属去除率越大， …… 此处隐藏：7776字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……