關于復雜形體鈦合金零件加工工藝的分析

谷巖巖 張磊 郭巖

摘 要：考慮到飛機制造的特殊性，其通常會選擇使用具有較高性能的鈦合金零件。而加工工藝的選擇與使用則直接決定著鈦合金零件的整體質量水平與使用性能，因此本文將以飛機異形梁中的鈦合金零件為例，在簡單說明飛機鈦合金零件優勢特點的基礎上，結合飛機異形梁鈦合金零件的結構特性，著重圍繞基于復雜形體鈦合金零件的加工工藝進行簡要分析研究。

關鍵詞：飛機異形梁;鈦合金零件;加工工藝

0引言

由于鈦合金材料自身具有較高硬度且缺乏較高的導熱系數與彈性模量等特性，使得鈦合金零件加工難度相對較大。因此探究基于復雜形體鈦合金零件的加工工藝，不僅可以有效幫助人們正確認識鈦合金材料及其在飛機制造中的重要作用，同時也可以為飛機復雜形體的鈦合金零件加工提供必要的理論參考。

1飛機鈦合金零件的優勢特點分析

在飛機零部件中運用鈦合金材料，相比于使用傳統鋼材料，鈦合金零件的強度與熱強度更高，密度也相對更小。正常情況下，鈦合金材料的密度為60%的鋼密度，受此影響，即便面對300℃到500℃的高溫環境，采用鈦合金材料制備而成的飛機零件也并不會產生形變情況。此外，鈦合金還具有良好的耐寒性與耐腐蝕性，有數據顯示，在溫度達到零下196℃時，飛機鈦合金零件仍然可以保持至少1200Pa的抗拉強度。使用鈦合金零件下，飛機在長時間飛行時，與空氣相互接觸也并不會受其影響而導致飛機表面出現被腐蝕的情況，有助于提高飛機整體飛行安全可靠性。而鈦合金材料本身具有導熱系數較小的優勢特點，也可以將飛機零件出現故障問題的可能性降至最低，防止飛機零部件因導熱過高而對其他零件正常使用造成不良影響。

2飛機異形梁鈦合金零件的結構特性

為有效探明基于復雜形體的飛機鈦合金零件加工工藝，本文將選擇以應用在飛機異形梁中的接頭類鈦合金零件為例。此類鈦合金零件選用了TC4-DT材料，零件的結構相對比較復雜，首先位于零件耳片處的錐孔對孔位與孔徑的精度要求極高，且因其為雙向錐孔，要求兩孔的軸度保持高度一致。其次，在飛機異形梁接頭類鈦合金零件中，設有雙耳片結構，要求耳片具有較高的平面度，且耳片之間必須相互平行。

3復雜形體下的鈦合金零件加工工藝要點分析

3.1雙向錐孔加工工藝

3.1.1工藝方法

結合該飛機異形梁接頭類鈦合金零件的具體結構特點，在對其進行加工時，需要重點對鈦合金零件的雙向錐孔、深窄雙耳片槽以及結構閉角特征等進行高效加工。在對基于復雜形體的飛機異形梁接頭類鈦合金零件的雙向錐孔進行加工時，由于傳統的鉆擴絞加工工藝與車削加工工藝，雖然具有較好的同軸度與垂直度，且可以有效保障錐孔尺寸、錐孔光潔度與深度等均與規定加工標準要求相符，但由于在實際使用傳統錐孔加工工藝時，受到加工工藝自身局限性的影響，容易出現刀具與零件相互碰撞，損壞刀具與彎頭或是難以有效把控旋轉重心等問題，進而大大增加鈦合金零件加工的危險性，同時也不利于切實保障零件具有較高的加工成效。因此在綜合考慮下，本文選擇采用鏜削加工這一工藝技術對該復雜形體的飛機鈦合金零件進行高精度雙向錐孔加工。在實際運用該項加工工藝技術時，需要相關工作人員首先需要使用直徑為28mm的U鉆制錐孔底孔，將精鏜底孔調整至椎31±0.1mm后，嚴格按照相關標準要求對U軸刀架進行規范安裝。在選用相適宜的鏜刀后根據既定程序粗鏜錐孔，并使用專用塞規對錐孔的深度、貼合度進行嚴格檢查，最后按順序精鏜錐孔并重新檢查錐孔深度與貼合度，確保其與加工規定要求相吻合即可。

3.3結構閉角特征加工

3.3.1刀型選擇

在飛機鈦合金零件加工中，不僅需要注重保障零件具有較高的加工質量，同時也需要對飛機零件自重予以嚴控，因此在許多飛機結構零件設計中均會選擇使用閉角結構設計的方式。同樣在本文提出的飛機異形梁接頭類鈦合金零件中，也采用了閉角結構設計方式，而在零件閉角加工時，通過充分結合零件結構的具體特性以及實際加工需要，選擇使用錐度銑刀這一刀具完成加工操作[1]。該種刀具的柄部與切削部位分別成圓柱狀與圓錐狀，結合相關研究資料可知，當錐度銑刀的柄部分別為直徑為12mmh6和10mmh6倒錐刀時，其對應的閉角切削量的最大值分別為2mm與3mm。錐度銑刀所使用的刀具材料為K44UF，其底部直徑均為3mm，刀具齒數為4，刀具旋向統一為右旋，其螺旋角為30°。根據刃長與刀長的不同，倒錐銑刀的類型也不盡相同，如常見的倒錐銑刀有兩種刃長，分別為18.7mm與8mm，工作人員可根據實際需要加工的飛機鈦合金零件結構情況合理選擇相適宜的倒錐銑刀用以有效完成零件結構閉角特征的高精度加工。

3.3.2數控加工

在實際對基于復雜形體的飛機鈦合金零件閉角結構進行加工時，為有效提升加工效率，同時保障加工具有較高精準度，本文選擇采用數控加工的工藝形式。首先，通過利用專業的編程軟件及其自帶的建模功能，直接在軟件中構建相應的錐度銑刀模型，并根據飛機鈦合金零件的各項結構參數，完成零件閉角特征加工程序的編制。其次，為了能夠對鈦合金零件閉角結構加工進行仿真模擬，同樣也需要工作人員結合實際情況運用如VT等性能卓越的數控加工仿真軟件，于軟件中完成錐度銑刀仿真模型的建立，并通過直接利用軟件中的仿真加工應用功能，對鈦合金零件進行仿真加工即可。值得注意的是，因在對鈦合金零件閉角結構加工時選用的是倒錐刀，故而在實際加工時應當選擇三坐標行切的加工方式。考慮到錐度銑刀缺乏較大剛度值，工作人員在具體加工過程中需要對錐度銑刀的實際使用情況進行嚴格觀察，防止發生滿刀的情況。在對鈦合金零件閉角進行粗加工時，需要工作人員嚴格按照相關加工規范，在內形中預留出0.3mm到1mm的均勻余量，并對切削力進行有效控制，使其可以具有良好的穩定性。

4結束語

總而言之，在對飛機形體復雜的鈦合金零件進行加工時，需要相關工作人員切實結合零件的具體結構特點，嚴格遵循國家相關標準要求與加工規范，合理選擇相適宜的加工工藝，并重點加強對刀具、加工參數的選用與控制。在對整個加工流程進行全程嚴格控制下，有效完成鈦合金零件加工工作，并切實保障鈦合金零件具有較高的加工成效。

作者簡介

[1]黃宇峰，左敦穩，徐鋒，羅偉.基于刀具磨損的鈦合金薄壁件加工變形研究[J].機械制造，2015，53（05）：70-72.

（1.沈陽沈飛民品工業有限公司;2.空軍裝備部駐沈陽地區軍事代表局駐沈陽地區第一軍事代表室）