國內首用Ti55531超高強鈦合金起落架橫梁制造關鍵技術攻關與高效精密加工成套技術沉淀——聚焦超高強鈦合金工程應用研究空白，突破Ti55531材料切削機理不明成熟工藝缺失大件成形加工難度大等技術瓶頸

Ti55531是一種新興的近β型超高強度鈦合金，以韌性高、塑性低和耐腐蝕性受到重視。特別適合制造承受巨大應力的結構件和起落架、機翼、發(fā)動機掛架之間的連接裝置等，在航空、航天工業(yè)中日益受到青睞[1]。國內、外關于超高強度鈦合金的報道僅僅停留在性能研究上，研究重點也僅僅局限于強度和工藝性能的提高，缺少對其加工工藝的系統(tǒng)研究。目前最新研制的某型機起落架上的車架橫梁，采用了Ti55531鈦合金材料作為重要承力件，尚屬國內首次應用，該零件采用了模鍛技術，鍛件供應狀態(tài)為固溶+時效，與已經(jīng)成熟運用的鈦合金TC6和TC18相比，對Ti55531鈦合金材料的金屬切削性能知之甚少。

為此，對Ti55531鈦合金材料的機械加工流程、刀具的選擇及車削、銑削參數(shù)的確定及優(yōu)化等進行了研究。交付了滿足設計要求的Ti55531鈦合金橫梁產(chǎn)品，在同行業(yè)中屬于領先水平，總結出的經(jīng)驗對后續(xù)產(chǎn)品的加工具有借鑒意義。

1、工藝難點

[1]Ti55531同TC18相比，都是近β型鈦合金，但Ti55531鈦合金以較高的韌性、塑性和耐腐蝕性而著稱，熱處理強度不低于1240MPa，遠比TC18的強度高，屬于近幾年國內正在研究的新型超高強度[1 250 MPa~ 1 400 MPa]鈦合金材料，在國內用于產(chǎn)品制造尚屬首次。

[2]從目前公開的資料來看，國內外關于超高強度鈦合金僅僅停留在性能研究上，研究重點也僅僅局限于強度和工藝性能的提高，對于材料的切削性能改善、刀具系統(tǒng)加工工藝方面缺少系統(tǒng)研究

[3] Ti55531鈦合金車架橫梁結構屬于回轉體，涉及的工藝包括深孔鉆鏜、車削和數(shù)控銑削技術，產(chǎn)品采用整體模鍛，來料供應狀態(tài)為固溶+時效，相對于實現(xiàn)規(guī)模化工程運用的退火態(tài)TC6和TC18起落架零件，Ti55531鈦合金鍛件塑性更低，由于鈦合金本身導熱系數(shù)低、加工硬化傾向高等特性，在機加過程中易造成刀具切削力大，切削溫度高，刀具易磨損，壽命低和粘刀，存在零件燒傷和應力集中等潛在風險。

2、方案設計

所加工的零件為車架橫梁，如圖1所示，零件包容體尺寸為1550mmx290mmx315mm，零件重量102.89kg。

根據(jù)其特點，確定該產(chǎn)品的加工流程如下:

領料→劃線→數(shù)控鏜→車工→超聲波→深孔→數(shù)控車→車銑→吹砂→去應力回火→數(shù)控車→數(shù)控鏜→鉗工→清洗→稱重→總檢→滲透檢查→噴丸→吹砂→成檢→防護入庫

3、機加工藝

根據(jù)車架橫梁的產(chǎn)品結構[回轉體]，結合其制造精度要求和設備現(xiàn)狀，在模鍛設計時，新增工藝圓凸臺，用于深孔加工，涉及的主要制造設備包括深孔鉆鏜床、數(shù)控車床和數(shù)控加工中心或車銑復合，工藝制造技術包括深孔鉆鏜工藝、車削工藝、鉗工技術和數(shù)控加工，實現(xiàn)產(chǎn)品的制造根本在于制造技術的支持，在于刀具的優(yōu)化選擇和工藝參數(shù)的匹配。

3.1刀具對比選擇

根據(jù)Ti55531材料的性能，參考使用TC18比較成熟的切削參數(shù)，選擇不同刀具的原材料，幾何形狀[影響表面質量、排屑效果、刃口強度、毛刺、振刀等]進行試切加工，根據(jù)刃口壽命確定合適加工Ti55531材料的刀具。圖2所示。

在相同的切削參數(shù)下使用不同刀具的加工對比如表1、表2.

表1 相同切削參數(shù)不同刀具情況下車削加工對比數(shù)據(jù)

表2 相同切削參數(shù)不同刀具情況下銑削加工對比數(shù)據(jù)

在相同的切削參數(shù)下，從表1中可以看出，車刀DNMG441-PP比車刀 DNMG150604MS和車刀DCMT11T304-SM的刃口壽命要長一些。從表2中可以看出，銑刀FTP LNMT 1006ER比銑刀R210-140614E-MM和銑刀P26335-R25的刃口壽命要長1倍多。

依據(jù)以上結論并結合實際加工情況，去除余量主要最大的加工方法是銑削和車削,因此,車削時主要選擇車刀 DNMG441-PP,銑削時粗加工主要選擇銑刀FTP LNMT 1006ER.

3.2切削參數(shù)合理選用

在對Ti55531材料進行試切加工過程中，若切削參數(shù)選擇的不合理，刀具就會磨損的相當嚴重，見圖3所示。

為了能較快地得到合理的切削參數(shù)，借鑒了與其材料性能相近的TC18的切削參數(shù)進行對比。表3、表4和表5分別使用同一款刀具在Ti55531材料進行切削參數(shù)對比。

表3車削的切削參數(shù)對比

表4端銑刀的切削參數(shù)對比

表5表5球頭銑刀的切削參數(shù)對比

從表3、表4和表5及實際加工時發(fā)現(xiàn)，車削時切削深度不應大于1mm，否則刀具的刀尖極易崩裂，同時也發(fā)現(xiàn)加工Ti55531的切削用量都要比加工TC18的切削用量低。因此經(jīng)過試切后，得到了表6所示的較合理的切削參數(shù)。根據(jù)該參數(shù)，加工完成了合理的車架橫梁，如圖4所示。通過工藝驗證，外形的粗加工和半精加工時間約在20天。

表6車削、銑削參數(shù)

4、結論

在優(yōu)選刀具的基礎上，作了大量的轉位刀具切削試驗，初步掌握了Ti55531鈦合金新型材料的高效加工技術，加深了對材料加工特性認識，選擇了適合于Ti55531鈦合金高效加工的刀具，摸索出可轉位刀具加工Ti55531鈦合金的合理切削參數(shù)，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

參考文獻:

[1]官杰，劉建榮，雷家峰.TC18鈦合金的組織和性能與熱處理制度的關系[J].材料研究學報，2009,23[1]:77.

[2]周澤華.金屬切削原理[M].廣州:華南理工大學，1984.

[3]趙永慶.國內外鈦合金研究的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[D].西安:西北有色金屬研究院，2009.

[4]付艷艷，惠松驍，葉文君，等.冷卻速度對VST55531鈦合金的纖維組織和力學性能的影響[D].北京:北京有色金屬研究總院，2010.

（注，原文標題：Ti55531鈦合金車架橫梁機械加工工藝研究_施曉穎）