【正文】 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(yùn)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。太空飛行器的有效載荷相對飛機(jī)較小，因此其結(jié)構(gòu)的減重就顯得更為重要。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。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(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，生成TiOTiN、TiH等硬脆層。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。 TC4鈦合金是雙相合金，屬于（α+β）型鈦合金，拉伸強(qiáng)度σb能達(dá)到1012MPa，固溶強(qiáng)化處理后，拉伸強(qiáng)度增加不大，能達(dá)到1100MPa，退火狀態(tài)下拉伸強(qiáng)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(jìn)行熱壓力加工，能進(jìn)行淬火、時效使合金強(qiáng)化。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(hù)措施。鈦合金強(qiáng)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。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。鈦的抗腐蝕性強(qiáng)，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。Alloy lengthening Thinwalled Work piece’ s develop, so that can produced the accuracy requirements of the qualified parts. The titanium alloy thin wall cone parts extended processing is mainly caused by conventional turning and milling were partially pleted. Ordinary lathe machining is the goal of inner cone hole and appearance of thinwall cone parts, belongs to the typical thinwalled parts machining, because only the wall thickness of ,so for the turning of the higher requirements。Alloy,LengtheningThinwalledAlloy, LengtheningThinwalled本文詳細(xì)的描述了零件的加工難點(diǎn)、工藝分析、數(shù)控編程步驟以及完整的工藝規(guī)程，并對加工中需要的工裝、加工方法、刀具參數(shù)以及工藝進(jìn)行了解析。在其研制過程中，設(shè)計(jì)了大倍徑加長鏜刀桿、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工裝 及電子束焊接工裝，并將坐標(biāo)轉(zhuǎn)化工裝及公差借用法成功應(yīng)用于TC4鈦合金加長薄壁錐形筒件的研制,生產(chǎn)出達(dá)到精度要求的合格零件產(chǎn)品。四、進(jìn)度和要求第一階段：查閱有關(guān)鈦合金薄壁類的相關(guān)資料完成開題報告；(第12周)第二階段：仔細(xì)閱讀研究鈦合金薄壁類相關(guān)資料，使用CATIA實(shí)體建模以及數(shù)控加工模塊；(第35周)第三階段：對所選鈦合金薄壁類進(jìn)行材料和工藝分析，以及刀具一些參數(shù)的設(shè)定；(第67周)第四階段：對零件進(jìn)行實(shí)體建模；(第1011周)第五階段：對零件在加工模塊進(jìn)行粗精加工，設(shè)定參數(shù)，走刀路線，得出最終零件；(第1213周)第六階段：數(shù)控加工仿真與優(yōu)化，完成論文。本零件屬于薄壁筒件，加工要求比較苛刻，材料是鈦合金，也屬于難加工材料，所以本次加工的一些方法會與常規(guī)方法有所不同，以保證零件的精確度要求。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。三、主要技術(shù)指標(biāo)，保證在除去90%以上毛料的情況下保證精度使零件不發(fā)生變形；，在加工時要保證零件表面粗糙度；；，176。(第1415周)第七階段：答辯準(zhǔn)備(第16周)五、主要參考書及參考資料[1] 王樹鵬，[J].航空制造技術(shù)，2008（23）：5660.[2] [J].航空制造技術(shù)，2011（13）：9597.[3] —CATIA V5詳解[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.[4] 王志厚．薄壁零件加工中防止變形的措施[J]．寶成技術(shù)，1991(2)：2071.[5] 鄭聯(lián)語，[J].航空學(xué)報，2001,22（5）：424.[6] 衛(wèi)雄飛,[J].成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代化,2009，26（2）:5356.[7] [D].南京：南京航空航天大學(xué)，2002.[8] [M].北京：北京高等教育出版社，2004.[9] [M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.[10]、發(fā)展與應(yīng)用[J].有色設(shè)備，2003（4）：1621.[11][J].輕金屬,1997(8):47.[12][J].鈦工業(yè)進(jìn)展,1998(4):67.[13][M].北京：科學(xué)出版社，2002.[14]任敬心,[M].北京：國防工業(yè)出版社，1999.[15]張喜燕,趙永慶,[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[16]鄧文英，[M].北京：高等教育出版社，2008.[17]杜君文，[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002.本次鈦合金加長薄壁錐形筒件的加工主要是由普通車削以及數(shù)控銑削倆部分完成。對于本人而言，本次零件的成功加工在各個方面都是一種突破。Work piece, and Conical BarrelTypeWorkpiece,andConicalBarrelType NC milling is the goal of the throat section, because the throat surface and the bottom surface at an angle of degrees, a crooked neck, 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(diǎn)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(jī)械性能，其耐熱性遠(yuǎn)高于鋁合金，且工作溫度范圍較寬。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。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(kuò)散磨損和粘結(jié)磨損。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。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。其次是力學(xué)變化范圍較寬，可以適應(yīng)各種用途。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。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。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(qiáng)度并結(jié)合有良好的疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性。鈦合金已在最早的阿波羅和水星計(jì)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。鈦合金密度小、強(qiáng)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)。鈦合金在體育領(lǐng)域的使用量不容小視。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(jìn)，改善現(xiàn)有鈦合金的使用性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。e)采用提高材料利用率的凈成型技術(shù)。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(jìn)行機(jī)械加工。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(jī)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(jī)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。數(shù)控加工，也稱之為NC（Numerical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(jī)床操作人員決定的。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)便于設(shè)計(jì)變更，加工設(shè)定柔性；10)數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）系統(tǒng)。如德國機(jī)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。我國數(shù)控機(jī)床制造業(yè)在80年代曾有過高速發(fā)展的階段，許多機(jī)床廠從傳統(tǒng)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)向數(shù)控化產(chǎn)品的轉(zhuǎn)型。加工中切削力大，發(fā)熱量大，容易硬化，刀具磨損嚴(yán)重，屬于難加工材料。TC4鈦合金加長薄壁錐形筒件主要采用的材質(zhì)為TC4R鈦合金。實(shí)物圖見23所示。，為避免變形采用的方法是小切削、低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給以及有效的冷卻?！?2176。～20176。內(nèi)錐孔精加工過程中采取的切削參數(shù)為刀具材料為YG8，45176。 前角γ=8176。 后角α=15176?！?176。，設(shè)計(jì)了加長鏜刀桿，詳見圖24所示。借此滿足了錐孔長沒有合適刀柄帶來的不便。177。圖25 公差借用按照公差借用法在保證其余尺寸不變的情況下，+ 0由線尺寸變?yōu)槊娉叽?，在加工過程中能夠完全滿足設(shè)計(jì)要求，這樣會出現(xiàn)一段3mm左右的直線段，能夠滿足喉口精度要求。 176。錐面外形至尺寸，； ，+ +； 3. 按零件制造指令件號用記號筆做標(biāo)記； 注：管壁無明顯接刀紋且出口端面不允許有加工圓角；檢驗(yàn)：按工序內(nèi)容檢驗(yàn)（按工藝提供檢測記錄表記錄實(shí)測值）檢驗(yàn)： 176。圖31 薄壁錐形筒件內(nèi)錐孔粗車示意圖176。常規(guī)臺階孔鉆孔方式TC4鈦合金臺階孔鉆孔方式制φ23底孔制φ64臺階孔制φ30臺階孔制φ57臺階孔制φ37臺階孔制φ50臺階孔制φ44臺階孔制φ44臺階孔制φ50臺階孔制φ37臺階孔制φ57臺階孔制φ30臺階孔制φ64臺階孔制φ23通孔圖32 176。～12176?！?0176。圖33 加長大倍徑鏜刀桿結(jié)構(gòu)示意圖176。該大倍徑加長鏜刀桿刀桿的最大特點(diǎn)是不僅能夠滿足薄壁錐形筒件內(nèi)錐孔粗加工，并且最大限度的減少了切削過程中刀具的振動而引起的切削振紋。 切削加工情況：用YG8銑平面，刀具切削輕松，在進(jìn)刀與工件接觸時以及刀具將工件切透時有振動，中間切削過程平穩(wěn)，使用切削液冷卻。滿足尺寸公差82+ 82+ ∥⊥≯。虛擬厚度均分線坐標(biāo)轉(zhuǎn)化工裝 圖35 薄壁錐形筒件三軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工裝示意圖薄壁錐形筒件在入口端內(nèi)腔及外形在加工過程中坐標(biāo)轉(zhuǎn)化步驟如下所示：