1、序言

近年来，，，，，，航空制造业对钛合金的需求大幅提升，，，，，，大型飞机中钛合金的使用规模很是普遍。。。。。作为飞机及发念头的优良制造质料，，，，，，钛合金具有结构强度高、质量轻及耐蚀性优异等特点。。。。。钛合金质料的切削性能决议了其加工后工件外貌完整性较差。。。。。下面从钛合金的加工特征、加工刀具、工装选用和切削参数等方面，，，，，，先容航空钛合金的加工要领及外貌完整性控制手艺。。。。。

2、钛合金的特点及应用

在航空工业领域，，，，，，钛合金主要用于制造发念头压气机盘、中空电扇叶片、涡轮盘和机匣壳体等零部件，，，，，，以及大飞机升降架、外翼段、机身外壳、舱门、液压系统和机死后段等结构件。。。。。现在，，，，，，钛合金在航空工业中的使用比例已由6%提高至15%以上。。。。。

波音777使用了7%～9%的钛合金零件；；；；；；为抵达降低燃油消耗20%的目的，，，，，，波音787在研发历程中投入约20亿元，，，，，，专项研究钛合金在飞机某些部位替换铝合金，，，，，，使波音787机体钛合金用量达15%；；；；；；海内大飞机项目中，，，，，，钛合金的用量已从支线客机ARJ21的4.8%，，，，，，逐步增添到干线客机C919的9%以上。。。。。

航空领域结构轻量化、高强度等需求，，，，，，使其越来越离不开钛合金。。。。。凭证强度和耐高温性能，，，，，，钛合金可分为α钛合金、β钛合金、α+β钛合金和钛铝合金，，，，，，其中以α+β钛合金（Ti6Al4V）应用最为普遍。。。。。α钛合金热焊接性能好，，，，，，抗氧化性强，，，，，，但韧性一样平常；；；；；；β钛合金可锻性较好，，，，，，冷成形性及热处置惩罚强化性强；；；；；；α+β钛合金韧性好，，，，，，可焊接及热处置惩罚强化，，，，，，抗疲劳性能较好。。。。。

Ti6Al4V的质料因素主要包括Ti、Al、V、Fe、O、C、Si、Cu及少量的N、H、B和Y。。。。。钛合金综协力学性能优异，，，，，，密度低，，，，，，耐侵蚀性能优异，，，，，，作为一种高强度合金质料，，，，，，在航空发念头及航空工业领域一直被推广使用。。。。。可是，，，，，，钛合金切削历程中的高温、高抗力，，，，，，使其加工后外貌冷作硬化征象严重，，，，，，加剧了刀具的磨损，，，，，，导致其切削性较差，，，，，，这些都倒运于获得好的外貌质量，，，，，，影响钛合金零件的使用寿命及发念头事情性能。。。。。下面以Ti6Al4V为研究工具，，，，，，团结生产实践中积累的履历要领，，，，，，对钛合金零件的切削性能、加工要领及外貌检测手艺举行先容。。。。。

3、钛合金加工要领

3.1 刀具的选择

加工钛合金的刀具质料应具有韧性好、热硬性好、散热性及耐磨性好等特点，，，，，，除此之外，，，，，，刀具还应知足刃口尖锐、外貌光洁等要求。。。。。加工钛合金质料时，，，，，，首选导热性较好、强度较高的硬质合金刀具，，，，，，且前角较小、后角较大。。。。。为阻止刀尖崩刃及裂碎，，，，，，刀尖刃部应做圆弧过渡处置惩罚；；；；；；加工时应坚持刃口尖锐，，，，，，有利于实时排屑，，，，，，阻止切屑粘刀。。。。。

加工钛合金时，，，，，，为避免刀具本体及涂层与钛合金爆发亲和反应，，，，，，使刀具磨损加剧，，，，，，通常阻止选择含钛类硬质合金及含钛涂层刀具。。。。。多年的生产实践发明，，，，，，含钛类硬质合金刀具虽然容易爆发黏结、磨损，，，，，，但其具有优异的抗扩散磨损能力，，，，，，尤其是高速切削时，，，，，，含钛类硬质合金刀具的抗扩散磨损能力显着优于YG类硬质合金刀具。。。。。

天下各大刀具厂商均推出了针对钛合金零件加工的切削刀片。。。。。刀具材质及涂层质料的一直改良，，，，，，提高了钛合金质料的切削效率，，，，，，推动了钛合金工业的生长。。。。。伊斯卡（ISCAR）公司的IC20刀片切削钛合金，，，，，，刀具刃口尖锐，，，，，，适合钛合金工件的精加工。。。。。

其IC907刀片有用提高了刀片的耐磨性，，，，，，适合应用于粗加工及半精加工中；；；；；；山高（SECO）公司用于加工钛合金的CP200及CP500，，，，，，接纳物理气相沉积手艺，，，，，，是一种高硬度超细颗粒的刀片材质；；；；；；瓦尔特（Walter）公司的WSM30、WSM20及WAM20，，，，，，接纳TiCN、TiAlN、TiN与Al 2 O 3 涂层，，，，，，刀具的抗变形、抗磨损能力较强。。。。。常用的钛合金加工刀具及涂 层见表1。。。。。

据统计，，，，，，航空制造领域大部分需使用入口刀具，，，，，，而钛合金等难加工质料关于入口刀具的依赖水平更高。。。。。因此，，，，，，推动国产刀具及涂层质料的研发及应用，，，，，，是彻底解决海内钛合金加工问题的有用途径。。。。。

3.2 刀具的磨损及解决步伐

钛合金质料切削时，，，，，，在切削速率较高、吃刀量较大的情形下，，，，，，刀具前刀面切削温度最高处会磨出一个月牙洼，，，，，，刀片的切削刃与月牙之间有显着的棱边。。。。。月牙洼的宽度及深度随着切削磨损的加重逐渐扩展，，，，，，使切削刃的刚性降低，，，，，，继续使用刀具会泛起崩刃征象。。。。。刀片磨损的电子显微图像如图1所示。。。。。

钛合金质料加工时，，，，，，刀片与工件强烈摩擦，，，，，，刀片后刀面与切削刃接壤的部位磨出后角为零的小棱面，，，，，，形成后刀面磨损。。。。。除此之外，，，，，，由于钛合金的加工硬化，，，，，，副切削刃的刀尖部位切削厚度逐渐减小！。。。，，，，，导致切削刃打滑，，，，，，后刀面也会泛起较大磨损。。。。。

刀片磨损后，，，，，，可通过视察切屑形态、颜色，，，，，，机床的受力、声音和振动等，，，，，，调解切削线速率及进给量，，，，，，控制刀片前刀面异常磨损。。。。。接纳正前角槽型刀片，，，，，，选用耐磨的刀片质料或涂层，，，，，，提高刀具寿命。。。。。

钛合金加工历程中容易形成积屑瘤。。。。。当积屑瘤处于稳固状态时，，，，，，可取代切削刃举行切削，，，，，，起到；；；；；；さ毒叩男Ч；；；；；；当积屑瘤累积到一定水平后，，，，，，积屑瘤的顶端会伸出切削刃之外，，，，，，刀具的现实事情前角增大，，，，，，积屑瘤的累积和剥离，，，，，，直接影响零件加工的精度。。。。；；；；；；剂鏊槠掣皆陬押辖鹨鸭庸ね饷采虾螅，，，，，形成硬点和毛刺，，，，，，影响外貌质量。。。。；；；；；；剂鑫藜吐傻耐崖浜吞焐贾虑邢髁Ρ⒉ǘ，，，，，进而引起切削振动，，，，，，影响刀具使用寿命。。。。。为减小或阻止钛合金切削历程中积屑瘤的爆发，，，，，，生产实践中常用的要领有：提高切削速率，，，，，，逐步增添切削深度至最佳；；；；；；接纳PVD物理涂层的刀片质料；；；；；；接纳高压冷却系统等。。。。。

在切削加工中，，，，，，由于钛合金的塑性较低，，，，，，切屑与前刀面的接触面积小！。。。，，，，，刀具磨损主要爆发在车刀的前刀面上，，，，，，因此切削刀片应该选用较小前角，，，，，，合适的前角为0°～5°。。。。。小前角可有用增大切屑与前刀面的接触面积，，，，，，有利于疏散集中在刃口周围的切削热；；；；；；选择5°～10°后角可以镌汰刀具与零件的摩擦。。。。。刀片底面和刀杆之间选择V形接触面组合，，，，，，这种强固夹持结构设计，，，，，，可有用提高刀杆夹持的刚性，，，，，，消除刀具振动，，，，，，提高钛合金工件加工后的外貌质量。。。。。

3.3 工装的选择

钛合金工件在定位装夹时，，，，，，夹具压紧力与工件支承力相互作用，，，，，，在自由状态下会引起应力变形；；；；；；钛合金切削时吃刀抗力较大，，，，，，故工艺系统需包管有足够的刚度，，，，，，需对工件的定位结构及定位尺寸举行剖析，，，，，，选择稳固可靠的定位基准，，，，，，须要时增添辅助支持，，，，，，或通过过定位以提高零件刚性。。。。。由于钛合金易变形，，，，，，以是夹紧力不可大，，，，，，须要时可使用扭矩扳手，，，，，，确保压紧力稳固。。。。。别的，，，，，，在使用夹具定位装夹钛合金零件时，，，，，，还应包管夹具的定位面与钛合金工件的定位面配合优异，，，，，，夹具的压紧力与工件的支承力相互平衡；；；；；；关于较量大的压紧面，，，，，，应只管接纳疏散压紧的方法，，，，，，阻止压力集中导致工件变形。。。。。夹具压板的压紧点应只管靠近工件被加工外貌，，，，，，以镌汰钛合金切削时爆发的振动。。。。。

钛合金加工严禁使用含铅、锌、铜、锡、镉及低熔点金属的夹具、测具或种种暂时工装，，，，，，加工钛合金的装备、夹具及工装应坚持清洁无污染，，，，，，钛合金工件加工后应实时洗濯，，，，，，钛合金外貌不允许泛起铅、锌、铜、锡、镉及低熔点金属等残留物。。。。。转移及搬运钛合金工件时，，，，，，应使用专用周转箱，，，，，，阻止与其他质料的工件混用和混放。。。。。对精加工后的钛合金外貌举行检查及洗濯时，，，，，，应戴上清洁手套，，，，，，避免油污及指纹污染钛合金外貌，，，，，，以阻止爆发盐应力侵蚀，，，，，，影响钛合金工件的服役性能。。。。。

3.4 切削参数

钛合金的切削参数主要包括切削速率、进给量和切削深度，，，，，，其中切削速率是影响其切削性能的主要因素。。。。。通过将钛合金工件恒转速切削及恒线速率切削举行比照试验，，，，，，以为恒转速切削状态要差于恒线速率切削。。。。。当钛合金的切削线速率v c =60m/min、进给量f=0.127mm/r、切削深度a p =0.05～0.1mm时，，，，，，钛合金外貌很少发明硬化层。。。。。

由于硬化层主要泛起在精加工后的工件外貌上，，，，，，以是精车时切削深度不宜过大，，，，，，不然会爆发大宗的切削热，，，，，，切削热聚聚会导致钛合金外貌金相组织泛起转变，，，，，，零件外貌易爆发硬化层；；；；；；切削深度过小会导致工件外貌摩擦挤压，，，，，，泛起加工硬化。。。。。因此，，，，，，钛合金工件在加工时，，，，，，精车的切削深度必需大于刀具倒钝的尺寸。。。。。

钛合金进给量选择应适中，，，，，，若进给量过小！。。。，，，，，加工时刀具在硬化层中切削，，，，，，则磨损较快。。。。。进给量可凭证差别的刀具R举行选择，，，，，，精加工一样平常选择较小的进给量，，，，，，这是由于大进给量切削会使刀具抗力增添，，，，，，使刀具受热弯曲或崩刃。。。。。

表2为差别类型及材质的刀具切削钛合金时的常用参数。。。。。

3.5 冷却系统

钛合金切削对切削液的要求是雾化水平低。。。。。钛合金加工时应选择高压冷却刀具，，，，，，配合机床的高压泵，，，，，，冷却压力可达60×10 5 ～150×10 5 Pa。。。。。接纳高压冷却刀具加工钛合金，，，，，，可提高切削速率2～3倍，，，，，，延伸刀具使用寿命，，，，，，改善钛合金切屑形态。。。。。

切削钛合金工件时浇注切削液，，，，，，切削力比干切钛合金减小5%～15%，，，，，，径向力减小10%～15%，，，，，，切削温度降低5%～10%，，，，，，切削后钛合金外貌形貌较好，，，，，，块状黏结物较少，，，，，，有利于获得较高的外貌质量。。。。。

现在使用的Trim E206化合乳液，，，，，，由8%的原液与92%的纯清水混淆而成，，，，，，浓度为7%～9%，，，，，，在钛合金质料加工中能抵达较好的加工效果，，，，，，在车削、铣削和磨削加工中均可使用。。。。。Trim E206中含有特效添加剂，，，，，，可有用控制积屑瘤的爆发。。。。。切削液中添加有细小乳化分子，，，，，，提高了切削液的稳固性，，，，，，降低了加工历程中切削液的带走量，，，，，，切削液更容易进入工件切削部位。。。。。除此之外，，，，，，Trim E206有较强的抗油污能力，，，，，，切削液残留物易溶于水及事情液，，，，，，有利于维持装备及加工零件外貌的整齐性。。。。。

4、钛合金外貌完整性

4.1 钛合金锻件显微组织检测

钛合金显微组织检测是指对侵蚀处置惩罚后的钛合金零件外貌用电子显微镜举行检测，，，，，，视察钛合金质料具有的组织形貌特征、漫衍等，，，，，，用以检测钛合金的金相组织是否切合相关标准及图样规范。。。。。钛合金锻件的显微组织检测办法：锻件粗加工→外貌抛光→外貌侵蚀→洗濯→吹干→显微检测。。。。。Ti6Al4V钛合金的显微检测如图2所示。。。。。

锻件粗加工的目的是将α层完全去除。。。。。钛合金外貌使用粒度400 # ～800 # 的氧化铝砂纸抛光，，，，，，外貌粗糙度值需抵达Ra=0.025μm或更高品级要求。。。。。侵蚀使用Kroll试剂，，，，，，按%HF、4%HNO 3 及水溶液配成，，，，，，将适量的Kroll试剂涂抹在抛光处置惩罚后的钛合金外貌上，，，，，，直至获得所需要的清晰组织后，，，，，，在水中举行洗濯并吹干，，，，，，使用手持式电子显微镜对钛合金外貌举行检测，，，，，，组织中应含有10%～50%的初生α。。。。。

图3所示Ti6Al4V钛合金显微组织形貌为及格的金相组织。。。。。

4.2 钛合金蓝色阳极化侵蚀检测

钛合金加工时，，，，，，当刀片侧刃挤压磨损后，，，，，，刀片抗攻击性能逐渐降低，，，，，，导致钛合金已加工外貌因挤压过热而爆发加工硬化。。。。。通常接纳蓝色阳极化侵蚀的要领对硬化等缺陷举行检测。。。。。钛合金工件蓝色阳极化侵蚀后的外貌如图4所示。。。。。氧化后的钛合金工件经后处置惩罚消融后，，，，，，及格氧化膜的颜色应为匀称的浅蓝色（见图4a）。。。。。泛起加工硬化的钛合金工件在侵蚀检测后，，，，，，工件外貌泛起出深蓝色（见图4b）或局部颜色较深（见图4c），，，，，，且各部位的颜色不匀称。。。。。

蓝色阳极化侵蚀后，，，，，，关于泛起加工硬化的零件，，，，，，可通过调解加工钛合金的切削刀具材质、涂层及切削角度，，，，，，优化走刀路径及切削参数等要领，，，，，，控制并消除加工硬化。。。。。

4.3 钛合金外貌光饰加工

为了去除钛合金压气机盘、轮毂、叶轮、轴和转子隔圈的外貌缺陷，，，，，，提高零件的事情寿命，，，，，，在对钛合金工件完成所有的机械加工工序后，，，，，，可接纳手动蝶式光饰的要领，，，，，，对工件外貌举行光饰加工。。。。。蝶式光饰需使用图5所示光饰加工工具：旋转气枪（转速18000r/min）、抛光杆、氧化铝或碳化硅砂布（规格10mm×20mm、粒度120 # ）。。。。。

钛合金工件内槽光饰加工如图6所示。。。。。为抵达较好的光饰效果，，，，，，可使用以下要领。。。。。

1）用氧化铝砂布沿其长度偏向折叠，，，，，，牢靠地插入抛光杆前端夹持槽内，，，，，，并凭证与旋杆旋转偏向相反的偏向拧紧，，，，，，每光饰一处工件外貌后换一次新砂布（见图6a）。。。。。

2）旋转的砂布应在钛合金外貌往复运动一个或两个周期，，，，，，每个周期运动10～30s，，，，，，往复运动速率约为1.57mm/s（见图6b）。。。。。

3）当对钛合金工件差别的外貌举行光饰时，，，，，，应在周时替代换砂布。。。。。使用手动光饰时，，，，，，应使用适当的止动扳手或机械深度止动装置，，，，，，来控制旋转砂布的穿过。。。。。

5、竣事语

钛合金属于典范的难加工质料，，，，，，加工时由于切削抗力大、切削温度高且刀具磨损严重，，，，，，以是选择合理的刀具质料及刀片角度是钛合金加工面临的主要问题。。。。。含Ti硬质合金刀具抗扩散磨损性能较好，，，，，，切削时刀具外貌形成稳固的钛合金黏结层，，，，，，可以起到抑制磨损的作用。。。。。随着国产刀具的生长，，，，，，钛合金的加工效率逐渐提高，，，，，，节约了加工本钱，，，，，，对实现发念头整体国产化起到了起劲作用。。。。。在生产实践中，，，，，，钛合金加工应基于企业现有手艺、装备、治理和本钱等条件，，，，，，选择合理的定位工装，，，，，，使用企业信息化数据平台优选切削参数，，，，，，逐渐摒弃只凭履历、类比选择参数的粗放型加工理念。。。。。

通过对钛合金锻件举行显微组织检测，，，，，，对粗加工后钛合金的金相组织举行了比照评定；；；；；；光饰加工可有用去除钛合金外貌的加工及质料缺陷，，，，，，提高工件使用寿命；；；；；；蓝色阳极化侵蚀检测可以有用识别钛合金在加工历程中泛起的加工硬化等缺陷；；；；；；有用控制钛合金加工外貌完整性，，，，，，对稳固钛合金加工质量，，，，，，提高钛合金工件使用寿命有主要意义。。。。。

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