Ti55531钛合金车架横梁机械加工工艺研究

施晓颖，王 博

（海装西安局，陕西西安710054）

Ti55531钛合金车架横梁机械加工工艺研究

施晓颖，王 博

（海装西安局，陕西西安710054）

Ti55531属于新研超高强度钛合金，某新型飞机起落架车架横梁采用Ti55531钛合金锻件加工。在分析、对比TC18钛合金加工的基础上，通过多次的试加工，确定了合适的加工刀具，得到了较合理的切削参数。合理安排工艺流程，解决了车架横梁的加工难题，为Ti55531钛合金零件的加工提供了新方法。

钛合金Ti55531；车架横梁；工艺

Ti55531是一种新兴的近β型超高强度钛合金，以韧性高、塑性低和耐腐蚀性受到重视。特别适合制造承受巨大应力的结构件和起落架、机翼、发动机挂架之间的连接装置等，在航空、航天工业中日益受到青睐[1]。国内、外关于超高强度钛合金的报道仅仅停留在性能研究上，研究重点也仅仅局限于强度和工艺性能的提高，缺少对其加工工艺的系统研究。目前最新研制的某型机起落架上的车架横梁，采用了Ti55531钛合金材料作为重要承力件，尚属国内首次应用，该零件采用了模锻技术，锻件供应状态为固溶+时效，与已经成熟运用的钛合金TC6和TC18相比，对Ti55531钛合金材料的金属切削性能知之甚少。

为此，对Ti55531钛合金材料的机械加工流程、刀具的选择及车削、铣削参数的确定及优化等进行了研究。交付了满足设计要求的Ti55531钛合金横梁产品，在同行业中属于领先水平，总结出的经验对后续产品的加工具有借鉴意义。

1 工艺难点

（1）Ti55531同TC18相比，都是近β型钛合金，但Ti55531钛合金以较高的韧性、塑性和耐腐蚀性而著称，热处理强度不低于1 240 MPa，远比TC18的强度高，属于近几年国内正在研究的新型超高强度（1 250 MPa～1 400 MPa）钛合金材料，在国内用于产品制造尚属首次。

（2）从目前公开的资料来看，国内外关于超高强度钛合金仅仅停留在性能研究上，研究重点也仅仅局限于强度和工艺性能的提高，对于材料的切削性能改善、刀具系统加工工艺方面缺少系统研究。

（3）Ti55531钛合金车架横梁结构属于回转体，涉及的工艺包括深孔钻镗、车削和数控铣削技术，产品采用整体模锻，来料供应状态为固溶+时效，相对于实现规模化工程运用的退火态TC6和TC18起落架零件，Ti55531钛合金锻件塑性更低，由于钛合金本身导热系数低、加工硬化倾向高等特性，在机加过程中易造成刀具切削力大，切削温度高，刀具易磨损，寿命低和粘刀，存在零件烧伤和应力集中等潜在风险。

2 方案设计

所加工的零件为车架横梁，如图1所示，零件包容体尺寸为1 550 mm×290 mm×315 mm，零件重量102.89 kg.

图1 车架横梁零件模型

根据其特点，确定该产品的加工流程如下：

领料→划线→数控镗→车工→超声波→深孔→数控车→车铣→吹砂→去应力回火→数控车→数控镗→钳工→清洗→称重→总检→渗透检查→喷丸→吹砂→成检→防护入库

3 机加工艺

根据车架横梁的产品结构（回转体），结合其制造精度要求和设备现状，在模锻设计时，新增工艺圆凸台，用于深孔加工，涉及的主要制造设备包括深孔钻镗床、数控车床和数控加工中心或车铣复合，工艺制造技术包括深孔钻镗工艺、车削工艺、钳工技术和数控加工，实现产品的制造根本在于制造技术的支持，在于刀具的优化选择和工艺参数的匹配。

3.1 刀具对比选择

根据Ti55531材料的性能，参考使用TC18比较成熟的切削参数，选择不同刀具的原材料，几何形状（影响表面质量、排屑效果、刃口强度、毛刺、振刀等）进行试切加工，根据刃口寿命确定合适加工Ti55531材料的刀具。图2所示。

图2 零件的试加工

在相同的切削参数下使用不同刀具的加工对比如表1、表2.

表1 相同切削参数不同刀具情况下车削加工对比数据

表2 相同切削参数不同刀具情况下铣削加工对比数据

在相同的切削参数下，从表1中可以看出，车刀DNMG441-PP比车刀DNMG150604MS和车刀DCMT11T304-SM的刃口寿命要长一些。从表2中可以看出，铣刀FTP LNMT 1006ER比铣刀R210-140614E-MM和铣刀P26335-R25的刃口寿命要长1倍多。

依据以上结论并结合实际加工情况，去除余量主要最大的加工方法是铣削和车削，因此，车削时主要选择车刀DNMG441-PP，铣削时粗加工主要选择铣刀FTP LNMT 1006ER.

3.2 切削参数合理选用

在对Ti55531材料进行试切加工过程中，若切削参数选择的不合理，刀具就会磨损的相当严重，见图3所示。

图3 切削参数不合理造成刀具严重磨损

为了能较快地得到合理的切削参数，借鉴了与其材料性能相近的TC18的切削参数进行对比。表3、表4和表5分别使用同一款刀具在Ti55531材料进行切削参数对比。

表3 车削的切削参数对比

表4 端铣刀的切削参数对比

表5 球头铣刀的切削参数对比

从表3、表4和表5及实际加工时发现，车削时切削深度不应大于1mm，否则刀具的刀尖极易崩裂，同时也发现加工Ti55531的切削用量都要比加工TC18的切削用量低。因此经过试切后，得到了表6所示的较合理的切削参数。根据该参数，加工完成了合理的车架横梁，如图4所示。通过工艺验证，外形的粗加工和半精加工时间约在20天。

表6 车削、铣削参数

图4 交付状态的车架横梁

4 结论

在优选刀具的基础上，作了大量的转位刀具切削试验，初步掌握了Ti55531钛合金新型材料的高效加工技术，加深了对材料加工特性认识，选择了适合于Ti55531钛合金高效加工的刀具，摸索出可转位刀具加工Ti55531钛合金的合理切削参数，降低了生产成本，提高了生产效率。

[1]官杰，刘建荣，雷家峰.T C18钛合金的组织和性能与热处理制度的关系[J].材料研究学报，2009，23（1）：77.

[2]周泽华.金属切削原理[M].广州：华南理工大学，1984.

[3]赵永庆.国内外钛合金研究的发展现状及趋势[D].西安：西北有色金属研究院，2009.

[4]付艳艳，惠松骁，叶文君，等.冷却速度对VST55531钛合金的纤维组织和力学性能的影响[D].北京：北京有色金属研究总院，2010.

Study on Mechanical Processing Technology of Titanium Alloy Ti55531 Frame Beam

SHI Xiao-ying，WANG Bo
（Armament Departmemt of the Navy Military Representative Office in Xi’an，Xi’an Shaanxi 710054，China）

Ti55531 is a new kind of ultra-high strength titanium alloy.The landing gear frame beam of a new aircraft is processed by Ti55531 titanium alloy with no experience.Through the comparison and analysis with TC18 titanium alloy and trying processing for many times，we determined the suitable cut tool and got reasonable parameters.The reasonable technological process can solve the difficulties in processing the frame beams and provide new method for Ti55531 titanium alloy parts.

Ti55531 titanium alloy；frame beam；technology

TH162

A

1672-545X（2016）11-0147-03

2016-08-05

施晓颖（1984-），男，江苏海门人，本科，工程师，从事航空装备监造管理、制造工艺研究。