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框架式钛合金铸件加工技术探析

文字来源：深圳市圣瑞金属科技有限公司人气：648发布时间：2018-08-21【小中大】

　　钛合金是一种具有高性能的新型材料，与钢相比，其质量非常轻盈，与铝相比，钛合金具有高温结构，这样的性能使得钛合金被广泛应用于汽车、航空航天器或舰船的制造之中，甚至在军用领域也占据了一席之地。我国近些年来在工业技术上迅速发展，金属产品在制造上也向着“近净成形”的方向不断发展，优于机械加工与锻造的铸造技术可以使金属产品直接获得“近净成形”的构件。将铸造技术与钛合金联合使用，可以提高钛合金铸件的抗蠕变性能与裂纹扩展能力，还可以节省钛合金生产成本。因此，如何提高钛合金铸件的加工效果便成了目前急需解决的问题。
　　1 概述
　　现阶段，无论是国外还是国内，所使用的钛合金和钛合金铸件都是沿用于钛合金与变形钛的成分。对于变形钛合金和铸造钛合金来说，其分类标准都是相同的。若以“相同组成”作为标准进行分组，可分为“β”型、“α”型、“近β”型、“近α”型以及“α+β”型五个类别的合金；若以“金属强度即应用状况”作为标准进行分组，可分为“中温中强”型合金、“高温高强”型合金、高强合金、低温合金、生物工程合金以及耐腐蚀合金共六种类型的合金。
　　目前，我国最为常用的合金便是中温中强合金ZTC4与ZTC7，其中ZTC4便是本文所要研究的框架式钛合金铸件的原材料。除此之外，还有ZTA2与Ti-0.2Pb这两种使用率较高的耐腐蚀型钛合金，Ti1100等高温钛合金、Ti153等高强β型钛合金。2014年的一项调查结果显示，在钛合金铸件中有90%以上使用ZTA2与ZTC4作为生产原材料。
　　2 框架式钛合金铸件
　　2.1 用途
　　以沈飞制造的某型飞机为例，其后机身部分是由2个大型铸件与4个框架式结构所构成的骨架，其平尾与垂尾是一体的，将垂尾轴安装在铸件的垂尾孔中，并使机身垂直面和垂尾轴保持一定的角度，在运行垂尾轴时可以使其围绕着垂尾轴线进行转动。在这样的装配方案中，垂尾轴所有的应力均施加在铸件之上，铸件内侧与三个框架相连接，并使用高锁螺栓进行连接。由此可见，铸件是整个方案中最为关键的承力构件，其重要性不言而喻。
　　2.2 分析
　　2.2.1 毛料信息
　　无论是熔模铸造的毛料还是砂型铸造的毛料，其材料牌号均为退火状态的ZTC4型钛合金，零件的尺寸为1.37m×0.7m×0.7m，其净质量分别为0.11t和0.15t。
　　2.2.2 结构特征与加工难点
　　第一，零件本身具有相当复杂的结构，工艺性不佳，刚性差，很难具有稳定的结构，在加工过程中极易出现变形问题。第二，加工关系复杂，缺乏协调性，需要多面配合，对于配合精度具有非常高的要求。第三，零件在尺寸精度与装配精度上具有较高的要求，加工中难以保证零件具有足够的尺寸精度与装配精度。第四，作为理论外缘的上表面与下表面在铸造过程中很难达到设计要求，外形极易出现较大的偏差，机加工时很难协调好位置余量。第五，零件尺寸为1.37m×0.7m×0.7m，铸件壁厚度相对较薄，若使用一般方法进行加工将会带来明显的颤动，刀具容易断裂，进而影响到加工位置的精度。第六，铸件的垂尾孔直径在19～22.8cm之间，孔长度为4.5cm，大小误差应控制在（+0.05，-0.01）之间，若使用数控镗孔技术可以达到尺寸要求，使用数控铣加工技术可以通过装夹方式进行摆角加工，但是加工中对镗刀总质量的要求已经超过了数控机床所具有的最大承拉重力――198N。第七，作动孔处的槽口尺寸应为：槽深0.15m、下刀深0.17m，就?_敞性而言不甚理想。第八，上腹鳍孔与下腹鳍孔的孔径应为18H8mm和22H8mm。在铸造过程中很难控制好孔洞的位置，因此铸件的腹鳍孔通常不具有底孔，这就使得铸件缺少足够的下刀空间，特别是下腹鳍孔，仅有0.12m×0.16m的下刀窗口，其位置甚至在腹鳍凸台的背面。

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