【正文】 ck, not a milling success, so the production of specialized tooling, three clamping milling finish, and there are certain requirements for NC programming.This paper describes the machining difficulty, process analysis, numerical control programming steps and plete process specification，and the processing needs of tooling, machining method, the tool parameters and technological me, the successful processing of the parts is a breakthrough in all aspects. KEY WORDS：TC4 Titanium Alloy， Lengthening Thinwalled Workpiece，Conical BarrelType Piece57目錄第一章 緒論 5 5 5 6 7 8 8 8 9 10 10 10第二章 典型薄壁結(jié)構(gòu)件工藝分析 12 12 12 TC4鈦合金加長薄壁錐形筒件加工難點及處理方法 13 13 13第三章 典型薄壁件主要工藝規(guī)程及措施 16 16 16 18 20 20 21 22 23 23 24第四章 薄壁錐形筒件數(shù)控編程 25 26 28 28 30 32 32 34 36 36 38 40 40 下表面精加工 42第五章 全文總結(jié) 44參考文獻(xiàn) 45致 謝 46附 錄 47第一章 緒論 1. 鈦合金的高溫性能在高溫下，鈦合金仍能保持良好的機械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬。高溫鈦合金不僅具有良好的室溫性能和高溫強度，并且在蠕變性能、熱穩(wěn)定性、疲勞性能和斷裂韌性等方面具有良好的匹配。世界上第一個研制成功的高溫鈦合金使用溫度僅為300~350℃，經(jīng)歷了40多年的發(fā)展，目前新型耐熱鈦合金的工作溫度可達(dá)550~600℃，而TiAl金屬間化合物的崛起，打破了600℃的使用溫度界限，將使用溫度升至700℃以上。鈦的抗腐蝕性強，在550℃以下的空氣中，表面會迅速氧化形成薄而致密的TiO2鈍化膜，故在大氣、海水、硝酸和硫酸等氧化性介質(zhì)及堿性溶液中，其耐蝕性優(yōu)于大多數(shù)不銹鋼。由于合金可以調(diào)整成分、改變組織，因而鈦合金在多數(shù)情況下具有比純鈦更好的耐蝕性和其他性能，更能在某些苛刻的腐蝕環(huán)境中工作。 a)切削加工性能 鈦合金強度高、硬度大，所以要求加工設(shè)備功率大，模具、刀具應(yīng)有較高的強度和硬度。切削加工時，切屑與前刀面接觸面積小，刀尖應(yīng)力大，所以刀具切削刃承受的應(yīng)力更大，刀尖或切削刃容易磨損。鈦合金摩擦因數(shù)大，而熱導(dǎo)率低，切削熱積聚于切削刃附近的小面積內(nèi)而不易散發(fā)，這些因素使得鈦合金的切削溫度很高，造成刀具磨損加快并影響加工質(zhì)量。鈦合金在切削加工中，工件材料極易與刀具表面粘結(jié)，加上很高的切削溫度，所以刀具易產(chǎn)生擴散磨損和粘結(jié)磨損。 b)磨削加工性能 鈦合金化學(xué)性質(zhì)活潑，在高溫下易與磨料親和并粘附，堵塞砂輪，導(dǎo)致砂輪磨損加劇，磨削性能降低，磨削精度不易保證。砂輪磨損的同時也增大了砂輪與工件之間的接觸面積，致使散熱條件惡化，磨削區(qū)溫度急劇升高，在磨削表面層形成較大的熱應(yīng)力，造成工件的局部燒傷，產(chǎn)生磨削裂紋。鈦合金強度高、韌性大，使磨削時磨屑不易分離、磨削力增大、磨削功耗相應(yīng)增加。另外，鈦合金熱導(dǎo)率低、比熱小，磨削時熱傳導(dǎo)慢，致使熱量積聚在磨削弧區(qū)，造成磨削區(qū)溫度急劇升高。c)擠壓加工性能 鈦及鈦合金進行擠壓加工時，要求擠壓溫度高，擠壓速度快，以防溫降過快，同時應(yīng)盡量縮短高溫坯錠與模具的接觸時間。因此擠壓模具應(yīng)選用新型耐熱模具材料，坯錠由加熱爐到擠壓筒的輸送速度也要快。鑒于在加熱和擠壓過程中金屬易被氣體污染，故還應(yīng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。擠壓時應(yīng)選擇合適的潤滑劑，以防粘結(jié)模具，如采用包套擠壓和玻璃潤滑擠壓。因鈦及鈦合金的變形熱效應(yīng)較大，導(dǎo)熱性較差，故在擠壓變形時還要特別注意防止過熱現(xiàn)象。鈦合金的擠壓過程比鋁合金、銅合金、甚至鋼的擠壓過程更為復(fù)雜，這是由鈦合金特殊物理化學(xué)性能所決定的。 TC4鈦合金是雙相合金，屬于（α+β）型鈦合金，拉伸強度σb能達(dá)到1012MPa，固溶強化處理后，拉伸強度增加不大，能達(dá)到1100MPa，退火狀態(tài)下拉伸強度一般在900MPa；具有良好的綜合性能，組織穩(wěn)定性好，有良好的韌性、塑性和高溫變形性能，能較好地進行熱壓力加工，能進行淬火、時效使合金強化。其次是力學(xué)變化范圍較寬，可以適應(yīng)各種用途。在實際應(yīng)用過程中，TC4鈦合金的加工主要有以下難點：1）變形系數(shù)?。鹤冃蜗禂?shù)小于或接近于1，造成切屑在前刀面上滑動摩擦的路程大大增加，加速了刀具的磨損；2）切削溫度高：由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)很小，切屑與前刀面的接觸長度極短，切削時產(chǎn)生的熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi)，切削溫度很高,造成工件的灼傷，致使刀具材料軟化加快刀具的磨損。3）單位面積上的切削力大：由于切屑與前刀面的接觸長度極短，單位面積上的切削力大大增加，容易造成崩刃。同時由于鈦合金TC4的彈性模量小，加工時在徑向作用力下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。4）冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重：由于鈦的化學(xué)活性大，在高的切削溫度下，很容易吸收空氣中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同時切削過程中的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強度，而且能加劇刀具磨損。5）刀具易磨損：毛坯經(jīng)過沖壓、鍛造、熱軋等方法后，形成硬而脆的不均勻外皮，極易造成崩刀現(xiàn)象，使得切除硬皮成為鈦合金加工中最困難的工序。6）鈦的化學(xué)活性大：在高溫下易與大氣中的氧、氮、氫等發(fā)生強烈化學(xué)反應(yīng)，生成TiOTiN、TiH等硬脆層。造成已切削區(qū)域與未切削區(qū)域的硬度不均勻，容易造成刀具受力不均，加劇刀具的磨損。7）彈性恢復(fù)大：，約為鋼的1/2，在切削力作用下，會產(chǎn)生大的切削變形以及大的彈性恢復(fù)。綜上所述，如何提高此類零件的加工效率和零件成型質(zhì)量，需要綜合考慮各項因素選定合適設(shè)備和設(shè)計合適的工藝方案。從20世紀(jì)50年代開始,鈦合金在航空航天領(lǐng)域中得到了迅速的發(fā)展。該應(yīng)用主要是利用了鈦合金優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、低密度已及良好的耐蝕性，比如航空構(gòu)架要求高抗拉強度并結(jié)合有良好的疲勞強度和斷裂韌性。而鈦合金的優(yōu)異的高溫抗拉強度、蠕變強度和高溫穩(wěn)定性也使之被應(yīng)用于噴氣式發(fā)動機上。鈦合金是當(dāng)代飛機和發(fā)動機的主要結(jié)構(gòu)材料之一，如圖11所示,應(yīng)用它可以減輕飛機的重量,提高結(jié)構(gòu)效率。太空飛行器的有效載荷相對飛機較小，因此其結(jié)構(gòu)的減重就顯得更為重要。鈦合金已在最早的阿波羅和水星計劃中得到了應(yīng)用，燃料箱和衛(wèi)星艙體等都是鈦合金的典型應(yīng)用。鈦合金質(zhì)量輕、強度高、與燃料的長期化學(xué)穩(wěn)定性好，因而比高強度鋼更有優(yōu)勢。，在太空的深冷條件下仍有良好的韌性和塑性。SR71黑鳥的機身大部分是鈦 鈦合金航空發(fā)動機葉輪 圖11 鈦合金在航空中的應(yīng)用鈦合金憑借其優(yōu)異的性能，在運動器械上，如自行車、摩托艇、網(wǎng)球拍和馬具上都獲得了廣泛的應(yīng)用，但影響最大的還是高爾夫球頭。鈦合金密度小、強度高，與不銹鋼相比，它可以制作打擊面與容積更大的球頭，因此它打得準(zhǔn)、打得 遠(yuǎn)。在日本第一桿球頭90%為鈦球頭，其中鑄鈦的占70%以上。目前第二~第四桿也已推廣使用精鑄鈦合金球頭，精鑄件的制造已經(jīng)形成具有一定生產(chǎn)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。日本市場1991年鑄鈦高爾夫球頭銷售量為6萬件，1995年則猛增至150萬件，年銷售額已達(dá)7000萬美元。鈦合金在體育領(lǐng)域的使用量不容小視。目前,鈦合金材料主要的應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天等軍事工業(yè)部門,開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域,特別是在汽車、火車、磁浮列車、鈦自行車、高樓外墻裝飾等民用領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。近年來國內(nèi)外結(jié)構(gòu)鈦合金、高溫鈦合金、耐蝕鈦合金、高強鈦合金、低溫鈦合金等均取得了很大的進展，一些合金也得到了實際的應(yīng)用。但是，總的來看，鈦合金研究的多、應(yīng)用的少的現(xiàn)象仍然嚴(yán)重，另外鈦合金的高成本也限制了鈦合金更加廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國內(nèi)外鈦合金的研究和開發(fā)的現(xiàn)狀，鈦合金將來的發(fā)展趨勢是：a)通過設(shè)備和工藝改進，改善現(xiàn)有鈦合金的使用性能，擴大應(yīng)用范圍。b)大力發(fā)展民用鈦合金，如汽車用低成本鈦合金，生物鈦合金等。c)采用先進的熔煉加工技術(shù)和設(shè)備，以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。d)開發(fā)更先進的鈦合金制備技術(shù)和鈦的新產(chǎn)品。e)采用提高材料利用率的凈成型技術(shù)。一般認(rèn)為，在殼體件、套筒件、環(huán)形件、盤形件、平板件、軸類件中，當(dāng)零件壁厚與內(nèi)徑曲率半徑(或輪廓尺寸)之比小于1：20時，稱作薄壁零件。這類零件的共同特點是剛度低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工時極易引起誤差變形或工件顫振，降低工件的加工精度。特別是當(dāng)零件的形狀及尺寸精度要求較高時，對振動、切削力大小及波動、切削溫度、裝夾方式等均十分敏感，往往未加工到規(guī)定尺寸，零件已經(jīng)超出精度要求。對于某些壁厚很薄的零件，因其剛度太差，甚至不能按常規(guī)方法進行機械加工。薄壁零件多應(yīng)用于航空航天工業(yè)中，由于航空航天零件的特殊性能要求，在保證同樣的強度和剛度等力學(xué)特性下，要求零件重量要盡可能的輕，所以航空薄壁件的材料多采用鋁鎂合金、鈦合金等比較難加工的材料，進一步增加了制造的難度，加大了零件加工的成本，以常規(guī)制造技術(shù)加工薄壁零件很難有時根本達(dá)不到零件的精度要求，這已成為機械加工中的一大難題，限制了在航空工業(yè)中占比較重要位置的薄壁零件的設(shè)計制造。薄壁零件在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中占有很重要的戰(zhàn)略意義，因此國內(nèi)外學(xué)者專家在薄壁零件的加工技術(shù)上做了很深入的研究。歐美等制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的國家，針對薄壁件的結(jié)構(gòu)特點，應(yīng)用的技術(shù)有：1)從加工工藝系統(tǒng)的整體剛度考慮，提出充分利用零件的整體剛性變形控制方案；2)從機床方面著手，提出了平行雙主軸聯(lián)動精度控制方案；3)從裝夾方面考慮，提出了用低熔點合金填充或使用真空夾具精加工零件的方案；4)從切削用量方面考慮，提出了變進給速度加工方法，通過工藝方法試驗與計算機模擬仿真相結(jié)合，提高了加工的效率和可靠性；5)采用有限元仿真預(yù)測加工變形，再利用數(shù)控補償技術(shù)進行適當(dāng)主動誤差補償以此提高薄壁件的加工精度。薄壁鈦合金工件加工最大的瓶頸是材料難加工、尺寸精度及形位公差要求高、壁薄易變形，影響加工變形因素有很多，主要體現(xiàn)以下幾個方面：1）工件壁薄切削熱的產(chǎn)生引起變形，鈦合金材料的導(dǎo)熱系數(shù)小于不銹鋼和高溫合金的導(dǎo)熱系數(shù)，散熱條件差分別是鐵和鋁的1/4和1/16，使切削區(qū)溫度迅速上升，積于切削刃附近不易散發(fā)，造成加工的刀尖附近應(yīng)力集中，造成刀具磨損崩刃，造成工件變形；2）工件剛性差切削過程中機床振動及切削要素不合適產(chǎn)生變形，薄壁工件剛性差，受機床振動等因素造成加工薄壁鈦合金材料工件時，不合適的切削速度使切削過程中產(chǎn)生振動，引起變形。3）工件切削過程中徑向夾緊力產(chǎn)生變形，鈦合金薄壁工件加工裝夾時，在徑向夾緊力的作用下，易引起彈性變形，從而影響工件的尺寸精度及形位公差要求。4）工件切削過程中應(yīng)力釋放產(chǎn)生變形，鈦合金薄壁工件加工過程中，每進行一次切削金屬時，應(yīng)力將釋放出來，造成工件變形。整體上來說我國的薄壁零件加工技術(shù)還處于初步階段，無論振動加工技術(shù)或高速切削技術(shù)都是剛剛起步，僅處于摸索階段，缺乏必要的工藝技術(shù)數(shù)據(jù)，無法應(yīng)用于實踐，加工時，切削參數(shù)往往比較保守，大多采用低轉(zhuǎn)速、小進給、多次空走刀等方法來控制加工變形，應(yīng)用手工檢驗、打磨等手段來處理加工后尺寸精度和表面質(zhì)量問題，這樣會大大降低加工效率，且未必能保證加工質(zhì)量。數(shù)控加工，也稱之為NC（NumericalControl）加工，是以數(shù)值與符號構(gòu)成的信息，控制機床實現(xiàn)自動運轉(zhuǎn)。數(shù)控加工經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展已成為應(yīng)用于當(dāng)代各個制造領(lǐng)域的先進制造技術(shù)。數(shù)控加工的最大特征有兩點：一是可以極大地提高精度，包括加工質(zhì)量精度及加工時間誤差精度；二是加工質(zhì)量的重復(fù)性，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的一致。也就是說加工零件的質(zhì)量及加工時間是由數(shù)控程序決定而不是由機床操作人員決定的。數(shù)控加工具有如下優(yōu)點：1） 提高生產(chǎn)效率；2) 不需熟練的機床操作人員；3)提高加工精度并且保持加工質(zhì)量；4)可以減少工裝卡具；5)可以減少各工序間的周轉(zhuǎn)，原來需要用多道工序完成的工件，數(shù)控加工一次裝夾完成加工，縮短加工周期，提高生產(chǎn)效率；6)容易進行加工過程管理；7)可以減少檢查工作量；8)可以降低廢、次品率；9)便于設(shè)計變更，加工設(shè)定柔性；10)容易實現(xiàn)操作過程的自動化，一個人可以操作多臺床；11)操作容易，極大減輕體力勞動強度。隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國得到日益廣泛的使用，在模具行業(yè)，掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中的數(shù)控化率的高低已成為企業(yè)是否具有競爭力的象征。數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)。世界制造業(yè)在20世紀(jì)末的十幾年中經(jīng)歷了幾次反復(fù)，曾一度幾乎快成為夕陽工業(yè)，所以美國人首先提出了要振興現(xiàn)代制造業(yè)。90年代的全世界數(shù)控機床制造業(yè)都經(jīng)過重大改組。如美國、德國等幾大制造商都經(jīng)過較大變動，從90年代初開始已出現(xiàn)明顯的回升，在全世界制造業(yè)形成新的技術(shù)更新浪潮。如德國機床行業(yè)從2000年至今已接受3個月以后的訂貨合同，生產(chǎn)任務(wù)飽滿。20世紀(jì)人類社會最偉大的科技成果是計算機的發(fā)明與應(yīng)用，計算機及控制技術(shù)在機械制造設(shè)備中的應(yīng)用是世紀(jì)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術(shù)進步