航空TC21钛合金的机械加工.pdf

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1、航空TC21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710089)刘红涛随着先进的第四代飞机和高推比航空发动机的设计先进飞机受力件的主选材料之一。但是钛合金的机械加及应用技术的飞速发展，对材料特别是钛合金结构材料工性有诸多不利的特性，属于难加工材料，原因在于：的需求大大增加，并对钛合金的性能提出了更高的要(1)屈服极限和强度极限之比(／)高达求。其中，高损伤容限性能是目前先进战略飞机长寿0．85～0．95(钢仅为0．65—0．75)，导致冷作硬化，增命、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，

2、加剧刀具磨损。海上预警机验证机作为一个新研项目，根据其设计(2)导热性差，仅为钢的1／6—1／3，因而切屑带方案的总体要求，其尾翼部分零部件选用了新型的高强走热量与工件传导热量少，使切削区的温度高，导致加高韧损伤容限型钛合金TC21材料制造承力接头。但是工变形：切削卷曲引起刀尖部位热量升高，压力加大，由于TC21钛合金是我国自行研制的具有独立自主知识使刀具前后面易于磨损；增加刀具后刀面与已加工面摩产权的第一个高强高韧损伤容限型钛合金，目前，国内擦，影响加工表面质量。其他同行仅对该材料的物理、化学和力学性能进行了初(3)钛合金的弹性

3、模量小(E=11O00kg／mm)，步研究，在机械加工领域研究目前还是一片空白，而且约为钢的1／2，故刚性差、易变形。切削加工时，在切国外先进航空企业对同类型的钛合金加工性能的研究封削力的作用下，工件容易产生让刀，不易保证零件的尺锁很严，没有任何可以借鉴的经验。我公司在以往的型寸精度和形状精度，刀具切削之后，加工表面的回弹量号研制中，虽然大量使用过高强度钛合金，也开展过这很大，为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面强烈的摩方面的研究，但对于损伤容限型钛合金TC21也是首次擦、粘附、粘结磨损。使用，对其加工性能一无所知，这是目前最大的困

4、难，(4)钛合金易粘附刀具，这是因为刀具与切削单位只能在实际生产中不断摸索，总结优化，逐步了解和掌接触面积压力增大，使已加工表面产生回弹作用，切削握。通过对典型零件的机械加工，总结出该材料的机械后的切屑与刀具表层材料产生“亲和”作用，呈现粘刀加工典型工艺方案的制定，工艺参数的合理选择等相关一粘结一扩散过程，加快刀具磨损。的因素，为公司编制典型工艺规范和其他技术文件等提(5)高温下的钛合金与空气中的化学作用很强，在供了前提条件，并且为今后该材料的广泛应用提供一定300％以上高温作用下，钛合金易与大气中的O：、N：、的理论依据。H：、

5、C0和c0等物质产生强烈的化学反应，生成硬化1．零件材料性能分析层，加速刀具磨损。钛合金大致分为三种：型、卢型、+卢型。型(6)在导热、导温、亲和及弹性模量诸因素作用钛合金代号为TA；JB型钛合金代号为TB；O／+卢型钛合下，切削区域的热量大量聚集，当温度高达980—金代号为Tc。其中最难加工的为／3型钛合金，其次就是1098％范围时刀具刃口呈现回火、钝化等；钛合金精加+型钛合金，次之是型钛合金。工易产生烧伤、裂纹及残余应力。钛合金材料具有比强度高(密度为钢的一半，而且2．零件结构特点分析强度却超过钢的弹性)、耐腐蚀性好(优于最好

6、的不锈如图1、图2所示，此类零件结构特点为：零件材钢，且像钢一样易于铸造和锻造加工)等特点，是现代料均为TC21钛合金，毛坯尺寸分别为530mm×330mm一!笙丝塑参磊工冷加工WWW，metalworking1950．comXl15mm和400mm×340ram×75mm。零件壁厚小，大功率机床粗加工去除毛料黑皮硬化层，考虑到在加工时部分为2～3mm，而且槽腔多，加工开敞性差，刀路回要从零件毛料外侧进刀，要求铣六方，同时也便于普通转余地小，尤其是两耳片之间的槽腔，空间狭小，深度机械加工划线工序的进行。②粗加工：为了节约数控设较大

7、；槽腔转角半径小于5mm，导致刀具在接转角时，备资源，降低加工成本，提高加工效率，采取使用普通刀具刚性差，容易在转角处产生断刀啃伤零件；粗加工机床进行零件大余量的去除。③半精加工：为了使精加余量大，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，将普铣无小，难以保证；耳片端头两精度孔，由于采购专用钻铰法加工到的大余量部位，采用数控半精加工，零件单面刀具，周期长，费用大，所以只能是用数控精镗的方式均匀留余量1～3mm。④去除切削应力热处理。⑤数控完成，没有可供参考加工参数，难度较大。精加工零件上下表面、

8、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