3、加工工藝

3. 1 加工方案

TA15 鈦合金在加工過程中會產生因塑性變形導致的殘余應力。針對該問題，采取多次裝夾、逐層加工的方法，將零件加工過程分為粗、半精、精加工，逐步消除材料內應力和機械加工產生的切削殘余應力。根據零件變形情況，工序間按需進行去應力退火處理，以滿足最終的尺寸精度和形位公差要求。

根據零件結構特點及機床性能，采用DMU 數控五軸加工中心，其控制系統為海德漢530。機床主要參數見表1。

3. 2 加工參數

( 1) 刀具選擇

由于鈦合金與空氣中氧和氮的親和性強，并且鈦合金加工過程中的銑削溫度較高，因此鈦合金的切屑迅速地從周圍空氣中吸收這些氣體，生成硬脆層，同時，加工過程中也存在加工硬化現象。此外，3D 打印激光快速成型毛坯表面形成硬而脆的不均勻外皮，在粗加工時極易造成崩刃現象。因此，鈦合金粗加工需選用強度高的刀具材料。同時，由于鈦合金材料對刀具材料的化學親和力強，在切削溫度高和單位面積上切削力大的條件下刀具易產生粘結磨損，因此需選用紅硬性好、強度高、與鈦合金材料親和力差的刀具材料。由于鈦合金的切屑為碎片狀，因此，刀具需具有良好刀刃和較大的容屑槽，以避免因排屑而造成刀具劇烈磨損。綜合考慮以上因素，選用YG 類硬質合金刀具，其參數見表2。

( 2) 切削刀具路徑規劃

根據鈦合金材料彈性模量小和加工易變形的特點，在刀具路徑規劃中需充分考慮切削過程的穩定性，避免切削力突然增大。同時，為保證切出的切屑最薄，應盡量保持刀具在加工過程中為不對稱順銑。

具體刀具路徑規劃原則如下:

①刀具路徑全部采用不對稱順銑;

②避免切削圓角處刀具與材料大面積接觸而產生加工振動。加工拐角位置時，增加拐角圓弧過渡，以避免大面積接觸，減小加工振動;

③加工深槽和外形時，采用螺旋銑削方式，保證切削過程中的載荷穩定;

④面銑削時，采用漸開線式刀具路徑，保證切削過程中的載荷穩定;

⑤遵循切出最薄切屑原則，開放區域采用圓弧進刀方式。

( 3) 切削參數選擇

根據主運動與進給運動方向的相對關系，銑削分為順銑和逆銑。順銑時切屑由厚到薄，逆銑時切屑由薄到厚( 見圖3) 。銑削鈦合金時，宜采用順銑法，因為刀齒切離時的切屑薄，切屑不易粘結在切削刃上，且產生的應力為壓應力，加工硬化小。逆銑時正好相反，切屑容易粘結，當刀齒再次切入時切屑被碰斷，容易造成刀具材料出現剝落崩刃現象。

切削鈦合金時，切削溫度高、刀具耐用度低，而切削用量中切削速度對切削溫度的影響最大，因此應盡量使切削速度產生的切削溫度接近最優范圍。

硬質合金刀具的最優切削溫度約為650℃ ～ 750℃。切削鈦合金時一般采用較低的切削速度、較大的切削深度和進給量。鈦合金在切削過程中有加工硬化現象，如果切削深度太小，刀尖會在硬化層中切削，加重刀具磨損，因此采用大切深低轉速的加工方式。一般要求切削深度不小于1mm，線速度在20 ～ 40m/min 之間。精銑切削試驗參數見表3。

3. 3 銑削試驗

根據上述工藝方案，對該3D打印零件進行銑削試驗。加工后的尺寸滿足圖紙要求。不同切削參數下所得表面粗糙度結果見表4。由表可知，其中當切削速度為30m/min、進給量為0． 06mm/r、切削深度為1． 5mm 時，銑削表面質量最好。

4、結語

以某3D打印激光成形鈦合金結構件為研究對象，對加工設備、加工刀具、加工路徑規劃、切削參數等進行工藝探索，找出合適的加工方案，通過分析確定合理的加工刀具和切削工藝參數。由銑削試驗結果可知，當切削速度為30m/min、進給量為0. 06mm/r，切削深度為1． 5mm 時，3D 打印鈦合金結構件的銑削效果最好。

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First Author: Zhan Xiangxin，Master，Engineer，Capital AerospaceMachinery Co． ，Ltd． ，Beijing 100076，China