發(fā)布時間： 2026-04-14 16:45:33 瀏覽次數(shù)：

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(yīng)力的結(jié)構(gòu)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(nèi)、外關(guān)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(nèi)首次應(yīng)用，該零件采用了模鍛技術(shù)，鍛件供應(yīng)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(jìn)行了研究。交付了滿足設(shè)計要求的Ti55531鈦合金橫梁產(chǎn)品，在同行業(yè)中屬于領(lǐng)先水平，總結(jié)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(yuǎn)比TC18的強度高，屬于近幾年國內(nèi)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(nèi)用于產(chǎn)品制造尚屬首次。

[2]從目前公開的資料來看，國內(nèi)外關(guān)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(jié)構(gòu)屬于回轉(zhuǎn)體，涉及的工藝包括深孔鉆鏜、車削和數(shù)控銑削技術(shù)，產(chǎn)品采用整體模鍛，來料供應(yīng)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(dǎo)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(yīng)力集中等潛在風(fēng)險。

2、方案設(shè)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(lǐng)料→劃線→數(shù)控鏜→車工→超聲波→深孔→數(shù)控車→車銑→吹砂→去應(yīng)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(hù)入庫

3、機加工藝

根據(jù)車架橫梁的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)[回轉(zhuǎn)體]，結(jié)合其制造精度要求和設(shè)備現(xiàn)狀，在模鍛設(shè)計時，新增工藝圓凸臺，用于深孔加工，涉及的主要制造設(shè)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(fù)合，工藝制造技術(shù)包括深孔鉆鏜工藝、車削工藝、鉗工技術(shù)和數(shù)控加工，實現(xiàn)產(chǎn)品的制造根本在于制造技術(shù)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(zhì)量、排屑效果、刃口強度、毛刺、振刀等]進(jìn)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)

	切削參數(shù)		刀具使用壽命t[min]
轉(zhuǎn)速s /[r/min]	進(jìn)給f /[mm/d	切深a, /mm	DNMG150604MS [KC5510]	DNMG441-PP DCMT11T304-SM [IC907] [GC 1030]
60 r/min	0.2 mm/r	0.5~1 mm[粗] 0.2~0.5mm[精]	30-40 min	40~50 min 20~30 min

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)

	切削參數(shù)		刀具使用壽命t[min]
轉(zhuǎn)速s /[r/min]	進(jìn)給f /[mm/d]	切深ap /mm	R210-140614E-MM [GC 104O]	FTP LNHT 1006ER [GC 1040]	P26335-R25 [WSM35]
150 r/min	300 mm/r	1mm	80~110 min	120~150 min	30~50 min

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(jié)論并結(jié)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(jìn)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(dāng)嚴(yán)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(jìn)行對比。表3、表4和表5分別使用同一款刀具在Ti55531材料進(jìn)行切削參數(shù)對比。

表3車削的切削參數(shù)對比

進(jìn)給量/[mm/d]	切削時間/h
0.05	2.1
0.1	1.8
0.15	1.2
0.2	0.6
0.05	1.9
0.1	1.6
0.15	0.9
0.2	0.4
0.05	1.7
0.1	1.3
0.15	0.9
0.2	0.4
0.05	1.5
0.1	1.1
0.15	0.8
0.2	0.3
0.05	1.4
0.1	1
0.15	0.7
0.2	0.3
0.05	1.1
0.1	0.7
0.15	0.5
0.2	0.2

表4端銑刀的切削參數(shù)對比

零件材料	轉(zhuǎn)速 /[r/min]	切深/mm	切寬/mm	進(jìn)給量 /[mm/min]	切削時間/h
		1.5		600	1.5
			15~50	400	1.8
				300
	120	1		600	1.7
			15~50	400	1.9
				300	2.1
		1.5		600	1.1
			15~50	400	1.5
				300	1.7
Ti55531	150	1		600	1.5
			15~50	400	1.7
				300	2
	180	1.5		600	0.4
			15~50	400	0.7
				300	1.1
		1		600	0.6
			15~50	400	1
				300	1.4

表5表5球頭銑刀的切削參數(shù)對比

零件材料	轉(zhuǎn)速 /[r/min]	切深/mm	切寬/mm	進(jìn)給量 /[mm/min]	切削時間/h
Ti55531				100	2.1
	400	0.5~1.5	0.8~1.2	160	2
				260	1.8
				200	2
	600	0.5~1.5	0.8~1.2	250	1.9
				350	1.7
				200	1.9
	800	0.5~1.5	0.8~1.2	300	1.3
				400	1

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(yīng)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)

切削類型		切削速度	切削深度	進(jìn)給量
車削	車外圓	28~50 m/min	0.2~1 mm	0.05~0.15 mm/r
車削	鏜內(nèi)孔	25~45 m/min	0.2~1mm	0.05~0.15 mm/r
銑削	粗加工	20~30 m/min	0.5~1.5 mm	200~400mm/min
銑削	精加工	35~55 m/min	0.3~1mm	150~350 mm/min

4、結(jié)論

在優(yōu)選刀具的基礎(chǔ)上，作了大量的轉(zhuǎn)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(shù)，加深了對材料加工特性認(rèn)識，選擇了適合于Ti55531鈦合金高效加工的刀具，摸索出可轉(zhuǎn)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(xiàn):

[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(guān)系[J].材料研究學(xué)報，2009,23[1]:77.

[2]周澤華.金屬切削原理[M].廣州:華南理工大學(xué)，1984.

[3]趙永慶.國內(nèi)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(xué)性能的影響[D].北京:北京有色金屬研究總院，2010.

（注，原文標(biāo)題：Ti55531鈦合金車架橫梁機械加工工藝研究_施曉穎）

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