鈦合金緊固件在機(jī)械加工中存在的問題及措施

1、    鈦合金緊固件在機(jī)械加工中存在的問題及措施    宋慶華【摘 要】鈦合金是一種變形系數(shù)小、強(qiáng)度較高、抗腐蝕性能好、低溫韌性好、熱強(qiáng)性好、以及焊接性能好的加工材料，其被廣泛地應(yīng)用于緊固件以及飛機(jī)起落架結(jié)構(gòu)承力件的制作中，然而這種材料也有一定的缺點，其彈性模量小、導(dǎo)熱系數(shù)小、容易燃燒和變形、效率低等各方面因素直接影響了其加工工藝和加工質(zhì)量。因而對其在機(jī)械加工中存在問題進(jìn)行分析，提高加工工藝質(zhì)量水平對促進(jìn)鈦合金材料的運(yùn)用是非常重要的。本文主要針對鈦合金緊固件使用以及加工中存在的問題進(jìn)行分析，并探討提高加工工藝質(zhì)量的有效措施?！娟P(guān)鍵詞】鈦合金緊固件；機(jī)械加

2、工；問題；質(zhì)量控制；措施0 前言在飛機(jī)零件中，鈦合金緊固件的運(yùn)用可以使飛機(jī)增強(qiáng)抗腐蝕能力，還可以達(dá)到減重的目的，鈦合金緊固件是碳纖維復(fù)合材料以及鈦合金之間的必要連接件?，F(xiàn)階段，鈦合金以及復(fù)合材料的運(yùn)用范圍逐漸增大，應(yīng)用數(shù)量也在不斷增加。1 概述1）鈦合金緊固件的標(biāo)準(zhǔn)要求。鈦合金緊固件一般需要進(jìn)行固溶時效熱處理，從而保證其滿足660mpa的抗剪強(qiáng)度以及1100mpa的抗拉強(qiáng)度性能要求，鈦合金制造的緊固件要對其進(jìn)行詳細(xì)的檢查，除了觀察外觀是否存在損毀，還要對其進(jìn)行機(jī)械性能以及冶金的檢查。鈦合金緊固件具有嚴(yán)格的材料標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量、性能標(biāo)準(zhǔn)和要求，鈦合金緊固件的加工技術(shù)條件要與ams4967標(biāo)準(zhǔn)（絲材、

3、退火、鍛件和環(huán)形件、可熱處理的鈦合金棒材）中提出的相關(guān)要求相符合，該標(biāo)準(zhǔn)在材料的公差、尺寸、金相、外觀、缺陷控制、以及機(jī)械性能等方面均有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求和性能要求。2 鈦合金緊固件使用過程以及機(jī)械加工中存在的問題1）腐蝕性能。在進(jìn)行鈦合金緊固件的安裝時容易形成間隙，因而在金屬與金屬之間或者金屬表面涂層裂縫下，一些容易受到影響的金屬材料會發(fā)生一定的腐蝕。鈦合金材料的抗腐蝕性能的主要原因是其表面有一層防護(hù)性氧化膜，如果這層膜受損，在氧氣充分的條件下其可以自行進(jìn)行修補(bǔ)，然而在鈦合金緊固件實際使用過程中，由于環(huán)境條件的變化（如：某種介質(zhì)濃度增加、溫度升高、或與易腐蝕的金屬發(fā)生接觸），就會導(dǎo)致鈦合金發(fā)生腐

4、蝕。鈦合金表面有一層鈍化膜，如果長期在供氧不足的環(huán)境中，其鈍化作用會降低，同時可能發(fā)生點蝕。此外，鈦合金緊固件對于一些氫氟酸、非氧化酸、以及高溫稀硫酸等缺乏一定的耐腐蝕性。2）車削加工中存在的問題。在對鈦合金進(jìn)行車削加工過程中，主要的問題有刀具磨損嚴(yán)重、切削溫度過高、以及切削回彈大等2。一般來說，在合理的機(jī)械加工條件中，車削工序并不困難，如果是對于大批量生產(chǎn)、連續(xù)切削、以及金屬去除量比較大的切削，需要采用硬質(zhì)合金刀具；而在成型切削或切斷時需要對鋼刀具進(jìn)行合理調(diào)整，必要時采用金屬陶瓷刀具。3）鏜削加工中存在的問題。鏜削屬于精細(xì)加工，在對鈦合金產(chǎn)品進(jìn)行鏜削的加工過程中，在對鈦合金進(jìn)行銑削加工時，由

5、于刀具每一轉(zhuǎn)過程中只是部分處于銑削狀態(tài)，因而容易導(dǎo)致刀具出現(xiàn)磨損或破損現(xiàn)象，在進(jìn)行下一個銑削行程時，嚴(yán)重影響了銑削表面的粗糙程度。因而為了減少上述現(xiàn)象的發(fā)生，需要對鏜削加工工藝進(jìn)行改進(jìn)和完善，提高鈦合金緊固件的機(jī)械加工質(zhì)量和水平。3 提高鈦合金緊固件機(jī)械加工質(zhì)量的有效措施由于鈦合金材料本身存在加工性能差、導(dǎo)熱系數(shù)小、效率低、彈性模量小、以及容易燃燒和變形等缺點，因而限制了鈦合金材料的進(jìn)一步應(yīng)用。為了對其加工質(zhì)量進(jìn)行提高，優(yōu)化鈦合金緊固件的加工工藝，因而必須要對機(jī)械加工的流程以及各環(huán)節(jié)的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，提高加工效率和加工工藝水平。其主要措施體現(xiàn)在以下幾個方面：1）設(shè)備控制（1）設(shè)備要求。首先要

6、控制好進(jìn)給運(yùn)動，確保其精確性和可靠性。其次在進(jìn)行工件裝夾位置以及切削工具的選擇時，要考慮加工工件的剛度3。最后，在加工過程中要注意增加冷卻液的流量和壓力。（2）刀具要求。由于鈦合金緊固件化學(xué)親和性比較高，因此在加工過程中尤其是切削過程中容易導(dǎo)致溫度過高，降低刀具的韌性以及耐磨性，因此在刀具的選擇上要盡量避免選用硬質(zhì)合金刀具。在對其進(jìn)行加工時，要考慮到零件的結(jié)構(gòu)、毛坯表面的硬化程度、以及余量分布等因素，對涂層刀具類型進(jìn)行合理選擇，同時將加工工序分成粗加工、半精細(xì)加工、以及精細(xì)加工等幾個階段，以便于降低切削時的溫度，確保刀刃鋒利，提高刀具的使用性能。（3）夾具要求。由于鈦合金材料具有易變形以及彈性

7、模量小等缺點，因此在對零件切削時的夾力不易過大，可以采用支承進(jìn)行輔助，在對夾具進(jìn)行設(shè)計制作時要考慮到零件的實際切削力，從而避免使零件發(fā)生變形。2）材料控制鈦合金原材料在使用前要對其進(jìn)行檢驗，保證材料的各項性能符合標(biāo)準(zhǔn)，主要對其進(jìn)行產(chǎn)品合格證、鍛件取樣部位、標(biāo)識、規(guī)格、試驗類型、毛坯狀態(tài)、數(shù)量、以及尺寸和力學(xué)性能等方面的檢查。3）加工環(huán)境的控制首先要保證鈦合金緊固件加工環(huán)境的濕度以及溫度符合標(biāo)準(zhǔn)和要求，由于零件的化學(xué)親和力比較高，因此在與其進(jìn)行接觸的夾具中不能選用鉛、鋁、鋅等材料，以免二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在對零件進(jìn)行停放或周轉(zhuǎn)的過程中要采取必要的防護(hù)措施。避免零件與其他金屬粉末等進(jìn)行接觸而發(fā)生反應(yīng)

8、，對其 造成污染。4）制造控制（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計。在對鈦合金零件進(jìn)行半徑設(shè)計時，要在其結(jié)構(gòu)條件允許的條件下選用較大的值，鈦合金零件表面的粗糙程度要小于或等于3.2m，如果是采用鏜、鉸等方法加工的孔，需要保證其表面粗糙度在1.6m以下。如果零件需要承受的負(fù)載比較大，需要在受拉力區(qū)域減少釘孔，此外還要盡量避免磨削加工方法，從而保證粗糙度的要求。（2）制孔通用技術(shù)。首先是鉆孔，在進(jìn)行鉆孔時要采用硬質(zhì)合金鉆頭，或者采用氮鋁化鈦涂層鉆孔刀具以及高速鋼鉆頭等，保證孔的精確度。在使用高速鋼鉆頭時，要保證后刀面磨損量在0.6mm以下，同時要保證其結(jié)構(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)，禁止鉆頭不進(jìn)給而在原地打轉(zhuǎn)，避免加工硬化。此外，可以采

9、用修磨鋒利的鉆頭來減少螺紋底孔表面的加工硬化深度。5）維護(hù)以及質(zhì)量控制（1）維護(hù)控制。首先要保證在生產(chǎn)以及加工過程中所使用的工具、設(shè)備、以及量具等無使用障礙，并且無污染，保持良好的使用狀態(tài)，在規(guī)定的時間內(nèi)，需要對其進(jìn)行定期的合格檢查。此外，還要對切削液進(jìn)行定期的檢查，確保切削液的潤滑以及冷卻性能。對于刀具的維護(hù)方面，應(yīng)該定期對其進(jìn)行質(zhì)量檢查，對出現(xiàn)問題的刀具進(jìn)行修整或更換，保證其刀刃鋒利，延長刀具的使用壽命。（2）質(zhì)量控制。由于鈦合金材料具有導(dǎo)熱性能差的特點，因此應(yīng)盡量避免切削比較小切屑，避免堆積。同時要使用乳化液或者水對其進(jìn)行冷卻，避免發(fā)生火災(zāi)，一旦發(fā)生起火現(xiàn)象，可以采用滑石粉進(jìn)行滅火。其次，在進(jìn)行銑削加工過程中，要盡量避免刀具停止進(jìn)給或主軸停轉(zhuǎn)。鈦合金緊固件的表面要避免產(chǎn)生裂紋或燒傷，由于其化學(xué)親和性較大，因而要注意避免其與其他金屬接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。4 結(jié)語近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鈦合金材料被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)等航空零件的結(jié)構(gòu)制造中，其具有很好的耐腐蝕性，加上（下轉(zhuǎn)第86頁）（上接第76頁）其變形系數(shù)小以及強(qiáng)度高等優(yōu)點，因而獲得了有效的應(yīng)用。然而，這種材料也有一定的缺點，一定程度上阻礙了其進(jìn)一步的應(yīng)用，因而需要對鈦合金緊固件的加工工藝進(jìn)行質(zhì)量控制，不斷提高機(jī)械加工水平和產(chǎn)品質(zhì)