1、引(yin)言
提高(gao)钛(tai)合金零件的(de)加工效(xiao)率(lv)、减少零件(jian)加工变(bian)形(xing)一直是(shi)钛合(he)金(jin)加(jia)工(gong)过程中的(de)研究重(zhong)点(dian)。钛合金高速(su)加(jia)工(gong)可有(you)效(xiao)降低(di)零(ling)件(jian)的变(bian)形量(liang)，是(shi)钛(tai)合金(jin)零(ling)件(jian)加(jia)工(gong)的(de)研(yan)究(jiu)方(fang)向［1］。本文(wen)在分(fen)析钛(tai)合(he)金异形(xing)零件(jian)加(jia)工(gong)方(fang)案的基(ji)础上，针对(dui)实际加工过程中影(ying)响(xiang)加工效(xiao)率的问(wen)题(ti)提(ti)出(chu)新(xin)的工(gong)艺方案(an)：采(cai)用(yong)高(gao)速(su)铣(xi)削(xue)对(dui)零(ling)件进行(xing)粗加(jia)工，并根据(ju)零(ling)件结(jie)构特点将(jiang)零件划(hua)分为(wei)不(bu)同(tong)加工(gong)区域，分(fen)析确定各(ge)加(jia)工(gong)区(qu)域的(de)加工顺(shun)序，对(dui)零件(jian)进(jin)行(xing)精(jing)加工(gong)。通(tong)过(guo)对工(gong)艺的优化(hua)，使(shi)零(ling)件加(jia)工(gong)变形(xing)得(de)到了有(you)效(xiao)控制，而(er)且(qie)加(jia)工效率(lv)得(de)到(dao)明(ming)显提高。
2、零件加(jia)工(gong)方(fang)案分(fen)析
2.1零件加工(gong)方案(an)
如(ru)图1所(suo)示(shi)，某(mou)机(ji)型(xing)钛合(he)金零(ling)件(jian)呈“人(ren)”字(zi)形，零件外(wai)廓尺寸约(yue)1000ｍｍ×600ｍｍ×70ｍｍ，零(ling)件(jian)头(tou)部(bu)厚度(du)为(wei)27ｍｍ，腹(fu)板厚(hou)度从紧邻头(tou)部腹(fu)板(ban)到腿(tui)部(bu)腹(fu)板(ban)逐渐减小，紧(jin)邻(lin)头(tou)部腹板厚(hou)度为6ｍｍ，腿部(bu)腹(fu)板厚(hou)度为2ｍｍ。
钛合(he)金(jin)异形(xing)零件(jian)原(yuan)加(jia)工(gong)方(fang)案(an)为：粗铣外(wai)形→粗铣(xi)第(di)一(yi)面(mian)内形→粗铣(xi)第二面内形→精(jing)铣(xi)第(di)二(er)面内(nei)形→精铣(xi)第(di)一(yi)面内(nei)形(xing)→精铣外形→铣切零(ling)件工(gong)艺凸台(tai)，所用(yong)刀具(ju)为立(li)铣刀(dao)。零件(jian)加(jia)工仿(fang)真结果(guo)见(jian)图(tu)2。
2.2加工(gong)方(fang)案(an)分析
通(tong)过对原(yuan)加工(gong)方(fang)案(an)进行(xing)分(fen)析，提(ti)出(chu)如(ru)下问(wen)题：
①钛(tai)合(he)金(jin)零件(jian)毛料(liao)为(wei)模锻(duan)件(jian)，材料较(jiao)大，铣外(wai)形工作(zuo)量大，采用上(shang)述(shu)方(fang)案(an)加(jia)工(gong)零(ling)件，毛料最(zui)终(zhong)去除量(liang)约占毛坯(pi)料(liao)重量的70％；铣外(wai)形工(gong)序(xu)的(de)毛(mao)料(liao)去(qu)除(chu)量(liang)约(yue)占(zhan)毛坏料总去除量(liang)的(de)４0％。由于(yu)铣(xi)外(wai)形工(gong)序(xu)为非(fei)增值(zhi)工(gong)序(xu)（不(bu)直(zhi)接产生(sheng)生产(chan)价(jia)值(zhi)的工序），因(yin)此，若(ruo)将该工(gong)序优化(hua)或(huo)取消，将(jiang)大幅提(ti)高零(ling)件(jian)加工效(xiao)率；②采用(yong)上(shang)述方(fang)案(an)加工零(ling)件，在实(shi)际(ji)加(jia)工(gong)过(guo)程中，腿部(bu)腹(fu)板(ban)处(chu)易发(fa)生翘曲变形(xing)，导(dao)致(zhi)零件型面(mian)检(jian)测(ce)出现(xian)问题；③铣(xi)外形(xing)工(gong)序对(dui)压(ya)板(ban)摆(bai)放位(wei)置(zhi)要(yao)求严(yan)格，若(ruo)压(ya)板(ban)位置出(chu)现(xian)偏(pian)差，容易出现刀(dao)具与(yu)压板(ban)相撞(zhuang)的加(jia)工(gong)事故(gu)。因此(ci)，铣(xi)外(wai)形(xing)时(shi)，需要(yao)操作人员时刻留(liu)意刀具(ju)与(yu)压(ya)板是否(fou)会(hui)发生碰撞，浪费(fei)大(da)量(liang)精(jing)力；④分(fen)析可(ke)知，铣(xi)外形(xing)工序(xu)需(xu)要在开(kai)敞式机床(chuang)上进(jin)行(xing)加工(gong)，以便于(yu)观察(cha)零(ling)件(jian)加工状态(tai)，但目(mu)前(qian)主(zhu)流机床为(wei)封(feng)闭(bi)或(huo)半(ban)封(feng)闭式(shi)机床(chuang)，无(wu)法(fa)直(zhi)观(guan)查看(kan)零(ling)件(jian)的加工(gong)状(zhuang)态(tai)，容(rong)易(yi)出现加(jia)工(gong)事(shi)故。
综上(shang)所述，该零件(jian)加(jia)工方案急(ji)需进(jin)行工艺优(you)化改进，可优化点分析(xi)如(ru)下(xia)：
①由(you)于(yu)铣(xi)外形(xing)工序(xu)为(wei)非增(zeng)值工序，加(jia)工工(gong)作量占总(zong)加(jia)工(gong)工作量(liang)比(bi)重较(jiao)大(da)，且铣(xi)外(wai)形(xing)过程(cheng)中极(ji)易出(chu)现加工事(shi)故，可取消(xiao)铣外形工序；②立(li)铣(xi)刀粗加(jia)工(gong)零件时(shi)，切(qie)削(xue)深度大，切(qie)削速(su)度慢(man)，易(yi)造(zao)成(cheng)零件变形(xing)，可(ke)采用高速铣削进(jin)行零件粗加工，留(liu)少(shao)量(liang)余量，再利(li)用(yong)立铣(xi)刀进(jin)行零件精加(jia)工；③零件精(jing)加工时，腹板厚度(du)不同(tong)，刚度不同。若(ruo)不(bu)分(fen)区(qu)域加(jia)工(gong)，薄(bao)处腹板(ban)容易因(yin)相邻腹(fu)板(ban)不(bu)能提(ti)供(gong)足(zu)够刚(gang)度而发(fa)生(sheng)振(zhen)颤(chan)，需(xu)根(gen)据腹板(ban)厚(hou)度，结合(he)零件(jian)自身结(jie)构(gou)特(te)点(dian)进(jin)行(xing)加工(gong)区(qu)域划分(fen)，并合理(li)规划(hua)各(ge)区域(yu)加工(gong)顺(shun)序(xu)进行零(ling)件(jian)精(jing)加(jia)工(gong)。
3、零件(jian)加(jia)工工(gong)艺(yi)优(you)化(hua)
通(tong)过对零件加工(gong)方案(an)进(jin)行分(fen)析(xi)，结合可(ke)优化点分析，从工艺(yi)流程优化(hua)、粗(cu)加工优化(hua)及精(jing)加(jia)工优(you)化三(san)个部分(fen)对该(gai)钛(tai)合金(jin)异形零件(jian)进行(xing)加(jia)工工艺(yi)优(you)化。
3.1加(jia)工(gong)工艺流程优化
钛(tai)合(he)金(jin)异形零(ling)件在铣(xi)切(qie)外(wai)形时(shi)存(cun)在(zai)诸(zhu)多弊(bi)端，因此，在工(gong)艺(yi)流程(cheng)优(you)化过程中，取消铣(xi)切外(wai)形(xing)工序(xu)，直(zhi)接(jie)进行零(ling)件内(nei)形(xing)的(de)加工(gong)，并在(zai)加(jia)工(gong)过程中引入(ru)钛(tai)合(he)金(jin)高速铣(xi)削加工技术。
优(you)化(hua)后(hou)的(de)加(jia)工(gong)工艺流(liu)程见图3。具体加(jia)工过程：①采用(yong)高速铣削加工(gong)技术进(jin)行(xing)零(ling)件(jian)粗加工，以减(jian)小因毛料去除(chu)量大(da)所引(yin)起(qi)的加(jia)工(gong)变(bian)形；②根据零(ling)件(jian)结构(gou)特点对零(ling)件(jian)加工区域进行划分及排(pai)序，完(wan)成零件(jian)精(jing)加(jia)工(gong)。
3.2钛(tai)合金高(gao)速(su)铣(xi)削(xue)加工技(ji)术(shu)
切(qie)削线速度(du)达到(dao)100m／min以(yi)上(shang)的钛(tai)合(he)金切(qie)削方式被称(cheng)为(wei)高速(su)切(qie)削(xue)［2］。高速铣削是(shi)钛合金零件(jian)铣(xi)削(xue)加工(gong)的发展(zhan)方(fang)向(xiang)，具(ju)有(you)加工(gong)效(xiao)率高(gao)、切削热(re)量(liang)少及(ji)切削(xue)振(zhen)动小(xiao)的特点［3］，不(bu)仅能够(gou)提(ti)高零件(jian)加(jia)工效率，还可有(you)效减小(xiao)零(ling)件(jian)变(bian)形(xing)量(liang)。
由(you)于零(ling)件腿部腹(fu)板较(jiao)薄(bao)，粗(cu)加(jia)工材(cai)料(liao)去除(chu)量(liang)大(da)，在实(shi)际(ji)加工中(zhong)极(ji)易发(fa)生(sheng)翘(qiao)曲(qu)变形，因此将高速(su)铣削引入(ru)零件粗(cu)加工过程(cheng)，充(chong)分利用高速(su)铣削(xue)中切(qie)削力(li)小(xiao)、引起零件(jian)变(bian)形(xing)量小的(de)特点(dian)进行(xing)该钛(tai)合金异(yi)形零(ling)件的粗(cu)加工(gong)。该(gai)钛(tai)合(he)金异形(xing)零件(jian)高(gao)速铣(xi)削粗加工(gong)时，使(shi)用(yong)ϕ63Ｒ４浅(qian)切(qie)刀，考(kao)虑到(dao)零(ling)件最终的(de)表(biao)面粗糙度及(ji)光(guang)度要求，零件(jian)粗(cu)加工(gong)后留(liu)0.５ｍｍ余(yu)量，利(li)用立(li)铣刀进(jin)行精加工(gong)，加(jia)工参数设(she)置(zhi)见表1。
3.3零(ling)件(jian)加(jia)工区(qu)域划分(fen)及加工(gong)顺序规(gui)划
该钛合金(jin)异形零(ling)件(jian)的(de)腹板(ban)厚(hou)度(du)从(cong)紧(jin)邻(lin)头(tou)部腹板到(dao)腿部(bu)腹板(ban)逐渐(jian)减(jian)薄(bao)，紧(jin)邻(lin)头部(bu)腹(fu)板厚(hou)度(du)为6ｍｍ，腿部(bu)腹板厚度为(wei)2ｍｍ。在(zai)精加(jia)工(gong)过(guo)程中(zhong)，为(wei)保证腹板在加(jia)工(gong)时(shi)的(de)刚(gang)度要(yao)求(qiu)，避免(mian)发生振颤造成厚度超(chao)差，根据零件自(zi)身(shen)结(jie)构特点(dian)，将(jiang)腹板(ban)划(hua)分为(wei)12个区(qu)域(yu)（见图(tu)４）。加(jia)工顺(shun)序由(you)小到(dao)大排列(lie)，加(jia)工(gong)腹板(ban)厚(hou)度(du)由薄(bao)到厚，使得(de)在加工(gong)薄处腹(fu)板(ban)时，相邻腹(fu)板(ban)面可为(wei)其(qi)提(ti)供(gong)足够(gou)刚度(du)，从(cong)而避(bi)免发生(sheng)震(zhen)颤。该(gai)零件(jian)头部(bu)厚度(du)为27ｍｍ，不存(cun)在(zai)切(qie)削震(zhen)颤问题(ti)，放(fang)至(zhi)最(zui)后加工(gong)，采(cai)用(yong)ϕ2５Ｒ４硬(ying)质(zhi)合(he)金刀(dao)具(ju)进(jin)行精加(jia)工。该(gai)钛(tai)合(he)金(jin)异形零(ling)件正反面(mian)结(jie)构类(lei)似(shi)，均采用相(xiang)同的(de)区域划(hua)分方(fang)法进行加工(gong)。采用优(you)化后(hou)的工(gong)艺(yi)方案(an)加工零件，不(bu)仅(jin)将(jiang)零件加(jia)工(gong)效率(lv)提(ti)升(sheng)４0％，还(hai)避免了零(ling)件(jian)腿部腹板发(fa)生(sheng)翘(qiao)曲变(bian)形，该优(you)化(hua)方案已成(cheng)功应(ying)用(yong)到(dao)实际(ji)加工(gong)中(zhong)。利用优化(hua)后的(de)方(fang)案(an)加(jia)工(gong)零件(jian)，仿(fang)真(zhen)结(jie)果(guo)见图５。
4、结(jie)语(yu)
提(ti)高钛合金(jin)零件加工(gong)效(xiao)率和减(jian)小(xiao)零件加(jia)工(gong)过程中(zhong)的变形是(shi)钛(tai)合金零件加(jia)工(gong)过(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)重要研究(jiu)课题(ti)。针对某(mou)机(ji)型(xing)钛(tai)合(he)金(jin)异(yi)形(xing)零件(jian)加工(gong)方案(an)所(suo)存在(zai)的(de)问(wen)题，提(ti)出(chu)加工(gong)工艺(yi)优化方(fang)法：将高速铣(xi)削技术应用到钛合(he)金(jin)异形零件粗(cu)加工(gong)过(guo)程中(zhong)，并(bing)根(gen)据零件特点将(jiang)腹板进(jin)行区(qu)域(yu)划(hua)分(fen)，规(gui)划(hua)各区(qu)域(yu)加工(gong)顺(shun)序，进行零(ling)件(jian)精加(jia)工。
采用优化后(hou)工(gong)艺方(fang)案(an)加工(gong)零件(jian)发现，加(jia)工效(xiao)率(lv)明(ming)显(xian)提(ti)升。本文工艺优(you)化分析(xi)方法对后(hou)续(xu)类似(shi)结(jie)构(gou)的钛(tai)合金(jin)零件加工具(ju)有一(yi)定借(jie)鉴意(yi)义(yi)。
参(can)考(kao)文(wen)献
［1］王晓明，韩江.TC4钛合金(jin)高速铣(xi)削(xue)表面粗(cu)糙(cao)度(du)研(yan)究［Ｊ］.机械(xie)设(she)计与(yu)制造，2019（５）：232－2４0.
［2］耿(geng)国盛.钛(tai)合(he)金高速(su)铣削(xue)技术(shu)的基(ji)础研(yan)究［Ｄ］.南京(jing)：南(nan)京(jing)航空华天大学，2006.
［3］赵勋(xun)，屈植华，王(wang)社权，等.钛合金高速(su)铣刀(dao)的(de)开发及(ji)试(shi)验研究［Ｊ］.工(gong)具技术，201８，５2（８）：77－８2.
第一(yi)作(zuo)者：卜(bo)庆(qing)奎，硕(shuo)士，工(gong)程师(shi)，沈阳(yang)飞(fei)机工业(ye)（集团）有限(xian)公司(si)，110850沈(shen)阳市(shi)
ＦｉｒｓｔＡｕｔｈｏｒ：ＢｕＱｉｎgkｕｉ，Ｍａｓｔｅｒ，Ｅｎgｉｎｅｅｒ，ＳｈｅｎｙａｎgＡｉｒ⁃cｒａｆｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎg110８50，Ｃｈｉｎａ
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