鈦合金是一種重要的結構材料，廣泛應用于航空航天等領域。但鈦合金密度較大、導熱性差，切削加工中切削力較大并產生高溫，加工后表面會產生變形。因此，加工鈦合金異形零件時需要采取合理的工藝措施。

1、零件加工及材料分析

1.1材料特性分析

該零件采用TC4鈦合金，是新型鈦合金材料，由α相和β相組成，α相晶粒尺寸約5~10μm，β相晶粒尺寸約30~50μm，具有比強度高、耐腐蝕、耐高溫，切削加工性能良好等特點。由于TC4鈦合金密度較大（約為2.23g/cm3），導熱性差，所以要控制切削溫度和加工變形。

1.2加工難點分析

鈦合金強度高，抗彎強度高，切削溫度高，導致零件穩定性差，易變形斷裂，刀具易磨損，零件尺寸精度難以保證。加工鈦合金會產生大量切削熱，引起很大熱應力，會加劇刀具磨損、工件開裂，增大切削力。熱膨脹系數大、彈性模量低而易產生加工變形；零件不對稱且結構復雜，裝夾剛性不足，也會造成變形。因此，為保證產品質量，減少刀具磨損，提高生產效率，降低加工成本，需要選擇合適的刀具和切削量。

該零件形狀復雜，加工切削力大、溫度高。其硬度58—63HRC，若直接用硬質合金刀具加工，加工硬化嚴重，導致切削力增大、切削溫度升高；熱處理后，材料硬度提高至61—63HRC左右，主要化學成分由α相轉變為β相，材料具有更高強度、塑性和韌性，能有效降低切削力和溫度。因此，TC4鈦合金熱處理后再加工較為合理。TC4鈦合金是典型難加工材料，用硬質合金刀具切削易粘刀。并且該零件為精密件，對刀具要求更高。

2、毛坯加工工藝及刀具選擇

2.1毛坯加工方案

針對零件結構復雜，易產生加工變形，以及切削溫度高、切削力大、切削抗力強等特點，宜采用整體加工。確定先銑削加工毛坯，然后與夾具鉚接后再車銑加工。

2.2毛坯加工刀具參數設計

毛坯采取立銑加工。銑刀刀齒要有足夠強度、剛性和耐磨性；刀齒與工件接觸部位應潤滑良好；切削速度不能太低，保證足夠切削深度，切削量合理，盡可能縮短切屑與刀具接觸時間。最終決定采用后角10°~12°、每齒進給量0.20mm/r、切深0.015mm的6齒立銑刀加工。根據零件加工特點及精度要求，設計兩種刀具：刀片直徑?1.2mm、?1.5mm，刀體尺寸?200mm×1000mm，刃長250mm。

3、零件加工工藝設計

3.1粗加工

針對鈦合金零件粗加工變形問題，采用粗車余量設定為0.1~0.2mm，精車余量設定為0.3~0.5mm的加工方案。先將外表面粗車余量控制在0.2~0.3mm，粗糙度控制在Ra0.4以內。然后用3種不同直徑的CNC數控車床粗車，加工后外表面粗糙度控制在Ra0.8以內，再用3種不同直徑的數控銑床精加工。粗加工時，先加工外圓輪廓，用車刀刀尖修平，保證刀具與工件中心線一致。粗車時要夾緊力均勻，避免已加工表面產生過大變形。精車時根據零件尺寸選擇進給速度和加工時間，控制主軸轉速。鈦合金導熱系數低，粗車可采用較大進給量，精車減少進給量和加工時間。精車后將零件表面粗糙度控制在Ra0.1以內，打磨后粗糙度在Ra0.2以內。

3.2精加工

精加工將鈦合金零件加工到尺寸精度、表面粗糙度及表面殘余應力。由于鈦合金熱膨脹系數大，精加工時應選擇較小切削速度和進給量，避免過度切削導致工件表面開裂或燒傷；精加工后及時清洗和檢查零件，避免變形。鈦合金異形零件主要缺陷有：精車易刮傷、易產生積屑瘤、表面硬化嚴重。

3.3工裝設計

因結構復雜，鈦合金異形件對加工工藝要求高，應盡量采用通用夾具。夾具應有足夠剛性，保證夾緊時零件不變形；要有良好耐磨性，保證夾緊時不磨損；要有較好密封性，保證夾緊時不泄漏；要有通用性和互換性，便于其他機床加工。

4、切削量選擇

4.1進給量

進給量取決于刀具幾何角度和工件材料。鈦合金導熱系數小，切削熱使刀具和工件溫度升高，引起工件變形，影響加工精度和表面粗糙度。因此，實際生產中應減小進給量。此外，考慮到刀具材料、幾何角度不合適或切削速度過高會導致刀具磨損和切削溫度升高。因此，應選擇較小進給量，同時控制好刀具幾何角度和切削速度等參數。

4.2切深

為保證質量，鈦合金異形件的切削深度應控制在0.1mm/r以下。鈦合金導熱性和絕熱性好，所以為減少刀具磨損和切削力，降低切削溫度，應采用較小切削深度。同時，要控制好工件表面粗糙度。工件材料硬度高或裝夾不牢靠時，不能采用太小切削深度，加工余量控制在1~2mm內，可采用粗精加工結合提高效率。

4.3背吃刀量

保證加工質量前提下，背吃刀量不應小于1.5mm/r。過小背吃刀量會加劇刀具磨損，降低刀具使用壽命，過大背吃刀量會使刀具磨損不均勻，易崩刃，零件表面產生凹陷。本文用硬質合金刀具加工鈦合金零件，應適當減小背吃刀量。

5、試驗結果與討論

通過以上分析，筆者確定鈦合金異形件加工方案，先根據零件結構特征粗加工，再進行半精加工，最后精加工。粗加工采用較大切削量，精加工采用較小切削量。結果零件表面粗糙度小于Ra0.05，零件尺寸精度、表面粗糙度和形位精度均達技術要求。

6、結語

筆者針對鈦合金異形零件加工難點，分析零件結構及材料特性，制定合理加工工藝。根據加工特點選擇耐熱性和耐磨性良好，適于鈦合金異形零件加工的刀具，通過優化刀具、選擇合適切削用量，減少工件表面變形，提高表面質量和尺寸精度，縮短制造周期。

參考文獻

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（注：原文標題：鈦合金異形零件加工工藝分析）

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