新结构钛合金薄壁低压轴工艺研究

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钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼

钛合金的熔炼工艺-电磁感应熔炼ISM熔炼技术（Induction Skull Melting），即感应凝壳熔炼技术，是随着熔炼钛合金等活泼金属的需要而发展起来的，是当前熔炼活性钛合金的最好方法，它不仅对合金无污染，而且合金熔体成分、温度、过热度易于控制。

该方法原理是坩埚周围布置的通电线圈使被熔炼金属感应生成与通电线圈位相相反的电流，感应电流产生的焦耳热使金属熔化，且位相相反的电流之间存在着作用力与反作用力，使被熔化的金属上浮不与坩埚接触。

该熔炼方法的特点是熔融金属不与坩埚接触，可大幅度降低热损耗。

该方法目前已实用化。

ISM熔炼技术的研究开始于19世纪50年代，最初由美国Scheppenient研制出可熔炼0.9kg钛的水冷坩埚。

目前，美国已建成容量达200kg的冷坩埚熔炼炉。

俄国的冷坩埚技术在世界领先，已经有系列的ISM设备，能够生产出重达几吨的铸件。

国内对ISM技术的研究从20世纪80年代初开始。

国内开展ISM研究的单位主要有哈尔滨工业大学，西北有色金属研究院，原冶金部钢铁研究总院等一些高校和研究所。

国内ISM熔炼技术的研究起步较晚，但是也取得了一些具有国际先进水平的独创性成果，较好地指导了活泼金属及合金熔炼。

自耗电极电弧炉对电极的质量要求很高，对原料要求也较高。

电子束炉、等离子弧炉要求电源功率较大，成本相对提高。

另外，这些熔炼方法所造成的熔池较浅，增大熔池体积只增大了表面积，而导致元素的挥发损失，这对控制合金成分是不利的。

由于感应电流有趋肤效应，在理论上利用上述熔炼方法中所使用的水冷铜坩埚无法通过感应加热而使金属熔化。

当采用导电的坩埚熔炼金属时，由于感应电流的趋肤效应，坩埚本身被加热，坩埚壁上的感应电流过高，影响了炉料所吸收的功率，只能熔化熔点低于坩埚材料的金属。

若用水冷却坩埚，所产生的热量绝大部分被水带走，炉料难以被加热熔化。

若将坩埚开一条缝或几条缝，则坩埚内磁场衰减很少，此时感应圈的功率主要消耗在炉料上。

激光加热辅助车削高温合金薄壁件变形仿真及试验研究

激光加热辅助车削高温合金薄壁件变形仿真及试验研究作者：孔宪俊刘世文侯宁郑耀辉王明海来源：《航空科学技术》2024年第02期摘要：机匣件作为航空发动机的重要零部件，是一种典型的薄壁件，其尺寸大、壁薄以及刚性低等特点使得在加工过程中容易发生工件变形、刀具震颤，造成加工精度不达标，以及加工表面质量差等问题。

本文建立高温合金常规车削与激光加热辅助车削模型，并通过试验验证了模型的准确性。

模型最大误差为10.1%，最小误差为5.5%，平均误差为7.8%，处于可接受范围。

然后建立常规车削与激光加热辅助车削薄壁件模型，研究激光加热辅助车削对薄壁件变形的影响。

研究结果表明，与常规车削相比，当激光照射温度达到650℃以上时，激光加热辅助车削切削力分别下降了20.2%、19.8%和15.2%。

激光加热辅助车削能够降低车削薄壁件过程中的加工变形。

与常规车削相比，激光加热辅助车削薄壁件时，加工变形量分别降低了15.6%、12.7%和13.3%。

关键词：激光加热辅助车削；高温合金；薄壁件中图分类号：V261.8 文献标识码：A DOI：10.19452/j.issn1007-5453.2024.02.009基金项目：航空科学基金（2019ZE054005）；中国航发自主创新基金（ZZCX-2019-019）；沈阳市科技局计划项目（RC210439）镍基高温合金由于其卓越的高温强度、抗氧化、抗热腐蚀，以及抗疲劳等综合性能，已成为航空发动机薄壁件的关键材料[1-2]。

航空发动机机匣件作为一种典型的薄壁件[3]，拥有尺寸大、壁薄以及刚性低等特点。

而且由于高温合金自身高强度的特点，加工高温合金时易产生高切削力和高切削温度，因此，在加工高温合金薄壁件过程中容易发生工件变形、刀具震颤，造成薄壁件加工精度不達标以及加工表面质量差[4]。

因此，研究薄壁件加工时产生的切削力，对提高薄壁件的加工精度和表面质量具有重大意义。

卫星驰等[5]针对薄壁件铣削时工件变形导致铣削力预测不准确的问题，建立了一种考虑工件变形的铣削力预测模型，并进行了试验验证，试验结果表明模型误差小于4.42%。

钛合金超塑成形工艺方法研究

钛合金超塑成形工艺方法研究摘要：针对钛合金板材在常温下弹性大、成形困难的问题，提出了一种利用钛合金在高温下具有超塑性的特征进行超塑成形的工艺方法。

本文以TC4材料板材零件为研究对象，详细介绍了钛合金超塑成形（气胀成形）的具体工艺实施过程以及工艺参数的设置等，为超塑成形工艺的应用提供了指导规范。

关键词：钛合金板料；超塑成形；工艺流程；工艺参数0引言钛合金具有抗疲劳、比强度高、耐腐蚀耐高温、一定的形状记忆性能、优越的力学性质、化学性质稳定等优点[1]，随着航空航天技术的发展，钛合金在航空航天领域的应用范围不断扩展，钛合金结构件越来越呈现出大尺寸、薄壁曲面、变厚度和整体结构的趋势，进一步提高了航空航天飞行器的性能、结构刚性，减轻了重量，因此钛合金成形技术也成为航空航天制造技术的研究重点。

超塑成形技术是利用材料的超塑性来成形零件的一种工艺方法（在本文中超塑成形是指板材的气胀成形），它具有成形的零件结构设计自由度大、所需模具结构简单、所需成形设备吨位小投资少等特点，因此用超塑性气压胀形可以进行整体设计，减少工序和工装数量，降低工时和费用。

1材料控制按本文进行超塑成形工艺时，TC4钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合GB/T 3621-2007的要求，Ti-6Al-4V钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合AMS 4911的要求，且应有材料合格证。

成形前应检查表面质量，不允许材料表面存在起皮、夹杂物及超过标准要求的划伤、压痕、裂纹等缺陷。

运输和存放过程中应注意防止表面划伤。

超塑成形时需要用到辅助材料，主要包括清洗剂、保护涂料（包括润滑剂）等。

常用的清洗剂包括丙酮、无水乙醇、金属清洗剂等，其主要作用是清除表面油污。

保护涂料主要包括高温漆、氮化硼、胶体石墨、润滑剂等，其主要目的是在零件成形时起到润滑作用和加热时起到防止（减轻）材料表面氧化作用。

所选辅助材料不应对钛合金零件产生有害影响，并符合相应的国家标准、行业标准或专用技术标准，若无相关标准的新型辅助材料，则采取试用可行的材料，辅助材料应有生产厂家质量保证单或合格证。

钛合金

钛合金合金元素钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。

钛有两种同质异晶体：882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。

合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类：①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。

其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。

②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。

前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。

③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。

氧、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。

氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。

通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.0 5％以下。

氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。

通常钛合金中氢含量控制在0.015％以下。

氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。

[编辑本段]钛合金的分类钛是同素异构体，熔点为1720℃，在低于882℃时呈密排六方晶格结构，称为α钛；在882℃以上呈体心立方品格结构，称为β钛。

利用钛的上述两种结构的不同特点，添加适当的合金元素，使其相变温度及相分含量逐渐改变而得到不同组织的钛合金（itanium alloy s）。

室温下，钛合金有三种基体组织，钛合金也就分为以下三类：α合金,(α+β)合金和β合金。

中国分别以TA、TC、TB表示。

α钛合金它是α相固溶体组成的单相合金，不论是在一般温度下还是在较高的实际应用温度下，均是α相，组织稳定，耐磨性高于纯钛，抗氧化能力强。

在500℃～600℃的温度下，仍保持其强度和抗蠕变性能，但不能进行热处理强化，室温强度不高。

β钛合金它是β相固溶体组成的单相合金，未热处理即具有较高的强度，淬火、时效后合金得到进一步强化，室温强度可达1372～1666 MP a；但热稳定性较差，不宜在高温下使用。

关于钛和钛合金在眼镜行业中的应用,钛的加工工艺,和表面处理方法

眼镜架的加工工艺
※焊接：使用高频焊接机将眼镜的不同零部件连接起来。钛金属的眼镜架要使用专业的氩弧电焊机。 ※抛光：将焊接好的产品放入滚筒中先进行粗磨，再用人手对细微部位进行细磨。 ※电镀： a、水金电镀：直接将颜色电镀到材料表层，成本低，品质差，使用期短。 b、厚金电镀；又称复合电镀，在被电镀材料表层先作加钯底处理，然后再电镀颜色层。品质有保证。 c、IP真空电镀；在真空状态下，用强电流将电镀材料分解成等离子状态，然后在正负电子互换结合的条件下，将电镀材料附着到被电镀材料的表层。成本昂贵，耐用程度较高。 d、包金：在被电镀材料上先作铑处理（非常贵），然后再将K金材料电镀到铑处理后的材料表层。K金镀层较厚，成本非常高。 e、静电喷涂：应用于镜架表层的彩色处理技术，将颜色溶解后喷涂在被电镀材料表面，经长时间加热处理后颜色层会附着在被电镀材料表层，耐腐蚀程度高，但忌硬物划碰。 f、移印：将要表现的图案先作加工处理，做出移印膜。然后将移印膜包裹在被着色材料表层，经热加工后图案将会转移到被着色材料表层。通常会再进行镀透明膜层保护处理。 g、漆宝：将调好颜色的涂料填在眼镜架的空隙位或材料表面，形成装饰效果。 ※零配件组装：将脚套、鼻垫等附件装到处理好的眼镜架上，制成成品。 ※整形：对成品进行角度调整，使之能佩戴舒适。
钛产品
钛及钛合金是极其重要的轻质结构材料,在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等领域具有非常重要的应用价值和广阔的应用前景。材质：典化钛，工业纯钛， Α 型钛， Β 型钛， Α +Β型钛类型包括有钛丝、钛网、钛管、钛片、钛箔。钛网：应用于一些仪器以及装置，起过滤作用。钛丝：除了工业上的应用，高级钛丝还应用于一些植入和美容手术。钛管：应用于工业、机械上。钛片：应用于骨骼上的植入，外科接骨手术与生物植入公司。钛箔：应用同上，钛箔是更薄的钛片，厚度在0.1MM以下。

钛合金介绍

钛合金科技名词定义中文名称：钛合金英文名称：titanium alloy定义：以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金。

耐海水腐蚀性优异。

所属学科：航空科技（一级学科）；航空材料（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布展开编辑本段发展史钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。

世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。

第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75％～85％。

其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。

20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。

耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。

A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。

结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。

另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。

目前，世界上已研制出的钛合金有数百种，最著名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2.5Sn、Ti-2Al-2.5Zr、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。

编辑本段合金化钛合金是以钛为基加入其他元素组成的合金。

TC4钛合金热处理工艺的研究现状及进展

冶金冶炼M etallurgical smeltingTC4钛合金热处理工艺的研究现状及进展郭凯，何忝锜，和蓉（西安西工大超晶科技发展有限责任公司，陕西　西安　７１０２００）摘要：本文首先针对ＴＣ４钛合金的热处理工艺，当下在固溶处理（固溶温度、冷却速率）、时效处理（时效温度、时效时间）、深冷处理，这几方面的研究现状进行了分析，然后针对这些研究的现状，在未来的发展趋势上提出了几点分析，以供各位业界同仁参考和指导。

关键词：ＴＣ４钛合金；热处理；工艺中图分类号：ＴＧ１５６文献标识码：Ａ文章编号：１００２－５０６５（２０２１）０７－００１６－２Research status and progress of heat treatment process of TC4 titanium alloyGUO Kai, HE Tian-qi, HE Rong（Ｘｉ＇ａｎ　ｘｉｇｏｎｇｄａ　Ｃｈａｏｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，　Ｌｔｄ，Ｘｉ’ａｎ　７１０２００，Ｃｈｉｎａ）Abstract:　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ＴＣ４　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ，　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｓｏｌｉｄ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　（ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｒａｔｅ），　ａｇｉｎｇ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　（ａｇｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，　ａｇｉｎｇ　ｔｉｍｅ），　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ，　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｉｎ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ，　ｓｅｖｅｒａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ，　ｆｏｒ　ｙｏｕｒ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　Ｇｕｉｄｅ．Keywords: ＴＣ４　ｔｉｔａｎｉｕｍ　ａｌｌｏｙ；　ｈｅａｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；　ｐｒｏｃｅｓｓ近些年来我国对TC4钛合金，在热处理的工艺研究上，取得了一些比较大的成果，TC4钛合金因此被广泛的应用到了汽车、航空航天、化工、船舶等一些行业。

大尺寸薄壁钛合金筒体结构的离心精密铸造

中疏松缺陷数量随熔液路径增长而增加。采用Ｙ０面层型壳可获得无０【壳层的表面质量良好的精密铸件，
其内部疏松可通过热等静压消除。铸件的晶粒度随铸件截面厚度变化改变较大，需通过微合金化和后续热处
理等措施加以调整。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
关键词
钛合金。离心铸造，熔模铸造，薄壁筒体结构
ＣｅｎｔｒｉｆｕｇａｌＣａｓｔｉｎｇｏｆＬａｒｇｅＴｈｉｎ — ＷａｌｌＣｙｌｉｎｄｒｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＴｉｔａｎｉｕｍＡｌｌｏｙｓ
ＹａｎｇＲｕｉ
ＣｕｉＹｕｙｏｕ
ＪｉａＱｉｎｇ
ＬｉｕＲｏｎｇｈｕａ
ＬｉＷｅｉ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｅｔａｌＲｅｓｅａｒｃｈ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６）
ｈｅｉｇｈｔｏｆ７５０ｍｍａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆ４ｍｍ）ｈａｓｂｅｅｎｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｍａｌｌｃｅｎｔｉｒｆｕｇａｌｆｏｒｃｅ（ｏｒｌｏｗｒｏｔａ —
ａｃｈｉｅｖｅｄａｔｌａｒｇｅｃｅｎｔｉｒｆｕｇａｌｆｏｒｃｅ．Ｆｏｒｐｒｏｐｅｒｌｙｉｆｌｌｅｄｃｙｌｉｎｄｅｒｓ，ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｒｅｓｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓ — ｉｎｇｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌｆｏｒｃｅ．Ｆｏｒａｇｉｖｅｎｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｓｈｅｌｌｍｏｕｌｄｗｉｔｈｕｎｉｆｏｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｆｅｌｄ，ｔｈｅｄｅｎｓｉｔｙｏｆｐｏｒｏｃｉ — ｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆｍｅＩｔｐａｔｈ．Ｂｙｕｓｉｎｇｓｈｅｌｌｍｏｕｌｄｓｗｉｔｈａｎｙｔｔｒｉａｆａｃｅｃｏａｔ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｃａｓｔｐａｒｔｓｗｉｔｈｈｉｇｈｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｆｒｅｅｏｆｏ【ｃａｓｅｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ａｎｄｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｐｏｒｏｓｉｔｙｃａｎｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｂｙＨＩＰｉｎｇ．Ｇｒａｉｎｓｉｚｅｏｆｔｈｅ

钛合金切削加工工艺

钛合金切削加工工艺一、钛合金的材料特性钛合金产品的比强度在金属结构材料中是很高的，它的强度与钢材相当，但其重量仅为刚材的57% 。

另外，钛及其合金的耐热性强，在500℃的大气中仍能保持良好的强度和稳定性，短时间工作温度甚至还可以高些。

钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但该材料切削加工困难、加工效率低。

所以怎么样攻克钛合金加工难，效率低得困难一直是我们的难题。

二、钛合金的切削加工1、车削钛合金产品车削易获得较好的表面粗糙度，加工硬化不严重，但切削温度高，刀具磨损快。

针对这些特点，主要在刀具、切削参数方面采取以下措施：刀具材料：根据工厂现有条件选用YG6，YG8，YG10HT。

刀具几何参数：合适的刀具前后角、刀尖磨圆。

较低的切削速度，适中的进给量，较深的切削深度，充分冷却，车外圆时刀尖不能高于工件中心，否则容易扎刀，精车及车削薄壁件时，刀具主偏角要大，一般为75～90°。

三、铣削钛合金产品铣削比车削困难，因为铣削是断续切削，并且切屑易与刀刃发生粘结，当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，极大地降低了刀具的耐用度。

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因此对钛合金铣削采取了3点措施：铣削方式：一般采用顺铣。

刀具材料：高速钢M42。

从工件装夹及设备方面提高工艺系统刚性。

这里需要特别指出的是：一般合金钢的加工均不采用顺铣，因机床丝杠、螺母间隙的影响，顺铣时，铣刀作用在工件上，在进给方向上的分力与进给方向相同，易使工件台产生间隙性窜动，造成打刀。

对顺铣而言，刀齿一开始切入就碰到硬皮而导致刀具破损。

但由于逆铣切屑是由薄到厚，在最初切入时刀具易与工件发生干摩擦，加重刀具的粘屑和崩刃，就钛合金而言，后一矛盾显得更为突出。

此外，为使钛合金顺利铣削，还应注意以下几点：相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。

;铣削速度宜低。

;尽量采用尖齿铣刀，避免使用铲齿铣刀;刀尖应圆滑转接;大量使用切削液。

超声辅助铣削钛合金工艺研究

超声辅助铣削钛合金工艺研究
兰天;冯平法;张建富;张翔宇;王健健
【期刊名称】《电加工与模具》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】由于钛合金的可加工性较差,采用传统机械加工技术难以实现高精度加工。

超声加工通过对工具头施加振动来改善加工效果,将其引入钛合金加工可提高钛合
金的加工性能。

为提高钛合金的加工性能,分别以侧面铣削和端面铣削两种形式开
展了超声辅助铣削钛合金工艺试验,探究了不同切削参数与切削形式的旋转超声加
工对钛合金铣削加工的影响,并测量加工过程的切削力、加工后的工件表面粗糙度
及其表面微观结构。

结果表明:在侧面铣削时,超声辅助可减少加工过程中的振动、
降低切削力及提高工件表面质量;在端面铣削时,超声辅助会降低加工过程的切削力,但在加工中由于超声振动作用于工件表面形成了微织构,虽然提高了工件表面形貌
的均匀性,却也增大了工件的表面粗糙度值。

【总页数】6页(P59-64)
【作者】兰天;冯平法;张建富;张翔宇;王健健
【作者单位】清华大学机械工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TG663
【相关文献】
1.超声辅助铣削钛合金薄壁件变形研究
2.超声振动辅助铣削加工钛合金表面摩擦磨损性能研究
3.超声振动辅助铣削钛合金的表面完整性研究
4.激光选区熔化钛合金超声辅助铣削性能研究
5.钛合金薄壁件超声振动辅助铣削工艺研究
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工业技术　
Ｑ　：　！　２　
ＮｅＷ　Ｔｅｅｈｎｏｌｏ　ｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　

新结构钛合金薄壁低压轴工艺研究　
崔建民李振瑜　
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳１１００４３）　

摘要：低压轴为发动机上的重要的钛合金薄壁回转件，该零件尺寸和技术条件多，精度要求高，特别是内孔加工难度　
很大。经过分析研究，合理安排工艺路线和ｋ－Ｙ－方法，选择合适夹具和刀具，研究具体加工方案。　
关键词：低压轴；薄壁；钛舍金；机械加工　
中图分类号：ＴＧ３７６　文献标识码：Ａ　

１研究目标　
１．１设计要求　
低压轴材料为难加工的钛合金１℃Ｉｌ，　零件位置非常重要，尺寸和技术条件多，　精度要求高，很多技术条件都在０．０２ｍｍ　以内。与轴承配合部位尺寸公差仅为　０．０１ｍｍ，圆柱度０．００８ｒａｍ，零件壁薄，加　工中易变形，尺寸和技术条件难以控制，　不好保证。我们以前从未加工过类似结构　的长轴颈零件，没有可借鉴的加工经验。　零件三维图如图ｌ所示。　１．２材料切削特点　低压轴零件材料为钛合金ＴＥ　ｌ　１，属　难加工材料，切削加工性差，加工效率　低，刀具磨损大。　钛合金切削加工性差的原因：　（１）导热系数小，切削温度高。　（２）切屑与刀具切削刃的接触长度　短，刀尖应力大。　（３）磨擦系数大，磨擦速度高。　（４）钛和钛合金在高温时化学活性　高，使刀具磨损加剧。　（５）弹性模量小，屈服比大。　１．３钛合金薄壁件车削加工特点　（１）材料组织结构特点导致机械　加工中可加工性差；　（２）加工过程中切削温度高、刀　具磨损快；　（３）材料加工切削用量不易控制；　（４）零件尺寸精度和形位公差不易　保证；　（５）零件加工中易变形；　（６）夹紧易变形。　２主要加工面的加工过程　２．１内腔型面的加工　精加工大端内型面时，以小端外圆　和中部端面为基准，加工前找正工序基　准，此工序在数控车床加工，由于加工　行程较长，为保证尺寸精度分三段程序　进行：第一段先加工大端，其次再加工　内止口和内腹板面，最后在内腹板与内　孔转接Ｒ２０处进行弧转接加工内孔，此处　内孔应提高加工尺寸精度，以作为后续　工序的夹具定位基准。　２．２外型面及小端内孔的加工　该加工阶段先加工小端内孔，设　计专用精车夹具以已加工完的大端面为　定位基准，涨紧大端内孔，压板压紧大　端外侧安装边，为提高零件加工系统刚　
性，可用中心架作为辅助支撑，支撑小　
端外圆中部。加工前找正基准，因为加　
工的内孔长度在３００ｍｍ左右，考虑到刀　
杆的装夹，所以需要的刀杆的长度至少　
在３５０ｍｍ左右，加工时设计专用刀杆，　
刀杆必须具有防震和高压内冷结构。此　
工序选用大前角５５ｏ带有涂层的硬质合　
金菱形机加刀片，由于此内孔直径仅为　
５８ｒａｍ，而刀杆直径为４８ｍｍ，所以加工　
过程中铁屑无法或很难排除，所有的铁　
屑都缠绕在了到刀头上了，在刀杆向孔　
内走刀时铁屑挤在刀杆和已加工完成的　
零件表面，致使刀杆受到与加工表面相　
反方向的力，产生让刀现象，即加工　
表面的直径尺寸越往内孔深处，尺寸越　
小，实际加工验证表明最大时可相差　
０．７ｍｍ，如果这样加工，最后的设计尺　
寸肯定无法保证，而且表面粗糙度也不　
好。经反复研究并试验，改变走刀方　
向，即当从孑Ｌ深处向零件端面方向走　
刀，这样加工零件产生的铁屑被留在了　
已加工表面，被高压冷却液冲走，不会　
存在在铁屑挤在刀杆和零件之间而产生　
的让刀现象。　
在加工外型面时，安装上夹具上　
的拉杆，用压盖压紧小端面，卸下中心　
架。加工前先找正夹具定位表面，以大　
端面、内孔为基准，压紧小端面，加工　
前找正零件基准再加工。整个外型面长　
度为６５０．８ｍｍ，外圆尺寸和技术条件多且　
要求比较严。外型面部分尺寸精车加工　
后留余量磨加工，同样在数控车床进行　
精加工，外圆与轴承配合尺寸较精，精　
车后再进行磨加工，精车给磨加工单边　
留余量０．１ｍｍ一０．２ｍｍ，保证配合尺寸和　
技术条件。由于零件外型面长度较长，　
编制数控程序时，根据尺寸精度等要求　
编制多段程序。　
２．３外圆的磨加工　
磨加工外圆在高精度外圆磨床上　
进行，需设计专用磨床夹具，该夹具为　
芯轴结构，一侧有定位环，用于限制　
零件定位止口，另一侧的塞子定位小　

图１零件三维模型图　
图２内腔型面工序图　
图３外型面及小端内孔工序图　
端内孔椎度，夹具两侧带有顶尖孔。　
磨加工前仍需找正零件，再磨加工外　
圆，加工时上刀量不能过大，一般为　
０．００５ｍｍ￣Ｏ．Ｏｌｍｍ，以防止零件窜动。　
结语　
经过进行低压轴工艺的分析研究，　
从而优化了工艺路线、加工方法，结果　
表明工艺路线、加工方法可行，长轴轴　
颈零件是我们公司首次加工此类零件，　
其研制的成功填补了我公司的此类零件　
加工技术的空白，为其它长轴类轴颈零　
件的机械加工提供了宝贵的经验。　
参考文献　
…１张耀宸．机械加工工艺设计实用手册　
『Ｍ］．北京：航空工业出版社，１９９３．　
［２］汤湘中．机床夹具设计［Ｍ】．北京：机　
械工业出版社，１９８８．　
［３］３司乃钧，线恒录．机械制造工艺基础　
［Ｍ】．北京：高等教育出版社，２００８．　

中国新技术新产品　一６５—