鈦合金屬于難加工材料，對于鈦合金高精度回轉體的加工也是機械制造業棘手的難題。本文通過對典型高精度殼體的加工總結出一套加工方法，并通過實踐證明該工藝過程有效地解決了此類零件加工難題。

　　1. 工藝分析

　　零件材料為鈦合金TC4，加工難點有兩個：一是材料如何解決難加工問題，二是如何控制零件的變形，保證高精度要求。

　　2. 難點分析

　　鈦合金材料難加工點有兩個方面：一是材料組織切削加工性差。鈦合金材料組織復雜，親和力大，晶格原子不易脫離平衡位置，當材料硬度高于350HBW時切削加工特別困難，硬度低于350HBW 時，又易產生粘刀現象。

　　二是材料切削時溫度高刀具磨損快。鈦合金材料的零件被加工時，切削區溫度遠高于其他材料的溫度，材料的導熱系數小于不銹鋼和高溫合金，散熱條件差，使切削區溫度迅速上升，積于切削區附近不易散發，造成加工的刀尖附近應力集中，造成刀具磨損崩刃，破壞零件加工表面質量。

　　控制零件變形難點有四個方面：

　　（1 ）零件結構剛性差  零件壁厚為1.5mm、2mm；剛性差，切削力擠壓造成零件一定的變形，影響殼體零件尺寸精度及幾何公差。

　　（2 ）切削用量要素難控制  在切削速度、進給量、切削深度等因素影響下，切削過程中產生振動，也會造成零件變形。

　?。? ）裝夾時夾緊力產生的影響  零件定位裝夾時，在徑向夾緊力作用下產生變形，當加工完成后零件恢復彈性變形，產生橢圓，造成尺寸超差。

　?。? ）應力釋放產生變形    在零件整個加工過程中，材料自身和切削力作用下產生的應力不斷釋放，影響零件尺寸和幾何公差要求。

　?。? ）溫度變化影響    由于零件精度要求特別高，加工所處環境和機床自身溫度變化也會產生一定影響。

　　3. 解決方案

　　針對鈦合金材料加工難點采取以下措施：

　?。? ）合理選擇刀具材料提高刀具的壽命  實踐證明，加工鈦合金材料時必須選用耐磨性好，抗彎強度高，導熱性好，抗粘結，抗氧化，抗振性好的硬質合金刀片。通過使用不同材料的刀片進行大量切削試驗和總結，刀片材料精加工優選I C907 ，半精加工優選Y G10HT，精加工優選YG643，刀具壽命長。

　?。? ）優化刀具參數  在加工的不同階段，刀具使用參數有差別。

　　粗加工時刀片參數：前角γo= 4°～ 6°，后角αo= 11 °～ 13°，主偏角 κr= 45 °，副主偏角 κ′r= 7°～ 14°，刃傾角λs= 1°～ 3 °，刀尖圓弧R =1.5mm。

　　半精加工時刀片參數前角γo=5°～ 8°，后角αo=13 °～ 15°，主偏角 κr=  30°～ 40°，副主偏角κ′r=  15°～ 20°，刃傾角 λs=6°～ 8°，刀尖圓弧R =1mm 。

　　精加工時刀片參數前角γo= 8°～ 10°，后角  αo=15 °～17°，主偏角 κr=43 °，副主偏角 κ′r= 20°～ 30°，刃傾角λs=5°～ 7°，刀尖圓弧 R=0.3 ～0.5mm 。

　?。? ）選擇合適的切削液及澆注方式  加工時使用極壓乳化液冷卻，及時帶走刀具的切屑；刀桿采用中控式，切削液噴管通過刀桿直接加入到刀具的切削中，避免了積屑瘤的產生，降低了切屑區的溫度，提高零件加工質量。

　?。? ）優化工藝流程  采用粗加工→  熱處理→半精加工→熱處理→精加工→熱處理，逐步釋放應力。半精加工、精加工需要經消除基準變形，通過半精加工循環、精加工循環過程控制回轉體變形。

　　（5 ）優化切削用量  通過長期試驗、摸索，得到不同加工階段合理的三要素：粗加工時選擇的切削速度為40～50  m/min，進給量為0.7mm/r ，背吃刀量為2～3mm，主要是去除零件的大余量，加速散熱性，加速應力釋放。半精加工時選擇的切削速度為80～100m/min、進給量為0.3mm/r 、背吃刀量為0.3～0.5mm，進一步去除零件的余量，進一步應力釋放。精加工時選擇的切削速度為180 ～240m/m i n、進給量為0.1～0.2mm/r 、背吃刀量為0.1～0.2mm ，消除和避免了切削時振動引起的工件變形。

　?。? ）設計和制造合理的夾具  如圖2所示，夾具靠零件自身的螺紋拉緊、端面定位，對零件不產生徑向力，克服徑向力對零件的影響。一次裝夾，將零件外圓、內孔、端面一次加工而成，從而達到保證零件的尺寸精度和幾何公差要求。當零件加工完成后，轉動一下動靜定位圈，使凹凸合攏，從而使零件定位端面與動靜定位圈產生一定間隙，轉動零件即可卸下，消除夾緊彈性變形。

　　（7 ）采用三階段  熱處理消除應力粗加工后進行退火再結晶熱處理，在溫度700 ℃左右時間為2h，促進內部組織均勻，改善切削性能。半精加工后再進行一次時效，在550 ℃保持1h，進一步消除和釋放零件殘余應力。零件精加工完成后，再進行45℃左右時間1h，80℃左右時間2h的三個循環穩定精加工尺寸。

　?。? ）溫度控制    環境溫度使用中央空調控制在22℃左右，每天開機后機床空運行1～1.5h ，預熱達到熱平衡后開始加工，保持恒定溫度。

　　4. 結語

　　本文通過選用適宜鈦合金材料的不同加工階段的刀具材料及參數，優化了工藝流程、切削要素、裝夾形式、熱處理、環境溫度等方面，從而控制了鈦合金高精度回轉體加工的質量，滿足了尺寸及幾何公差技術要求，殼體件合格率大幅度提高，對類似零件加工工藝有一定借鑒作用。