為滿足隱身、長壽命以及結構輕量化等方（fāng）麵的性能要求，鈦合金結構件在現代飛（fēi）機設計中被大量應用（如圖1所示）。鈦合金飛機結構件主要包括（kuò）框、梁、壁板等，主要（yào）有輪廓尺寸大、槽腔（qiāng）多、槽腔深、壁（bì）薄且通常具有變斜角理論（lùn）曲麵等結構特點，數控加工時（shí）材料去除率高達90%~95%，薄壁、深槽腔特征占80%以（yǐ）上，為典型（xíng）的弱剛性結構，加工狀態極不（bú）穩定。由於鈦合金材料本身彈性（xìng）模量低、彈性變形大、切削溫度高、導熱係數低、高溫時化學活性高，使得切削粘刀現象嚴重，容易加劇刀具磨（mó）損甚至（zhì）破損，導致鈦合金切（qiē）削加工性較差。
在鈦合金飛機整體框（kuàng）、梁及大型壁板製造過程中，由於零件結構（gòu）形狀複雜（zá），外形協調性要求高，零（líng）件裝配協調（diào）麵、交點孔等數目多，零件製造精度要求高，加工過程中（zhōng）金屬去除量大、相（xiàng）對剛度較低、加工工（gōng）藝性差，在切削力、切削振動、切削熱等多種因素的（de）影響下，導致在加工中容易出現讓（ràng）刀、變形、振動等問題，加工質（zhì）量（liàng）很難控製。而鈦合金（jīn）本身作為（wéi）一種典型的難加工材料，對機床、刀具、加工工藝等要（yào）求極高。因此，上述諸多因素導致傳統（tǒng）的鈦合金航空結構件加工隻能在低切（qiē）削用量水平上進行，生（shēng）產周期長（zhǎng），加工成（chéng）本較（jiào）高，鈦合金航空結構件的加工已成為航（háng）空製（zhì）造業中複雜（zá）的（de）製造工藝（yì）難題。
關鍵技術及其發展趨勢
1鈦合（hé）金零件工裝裝（zhuāng）夾（jiá）技術
鈦合金零件裝夾原則是（shì）：（1）粗（cū）加工階段夾緊力要大，防（fáng）止在大切削（xuē）力加工過程中零件鬆動；精加工（gōng）階段夾緊力要小，防止裝夾變形。（2）夾緊力作用在剛性好的地方（fāng），且（qiě）施力點盡可能多。（3）對（duì）於剛（gāng）性較差的薄壁結構（gòu）零件應增加適當（dāng）的輔助裝置，增加整個加工工藝係統的（de）剛性[1]。
國外大量采用了自動化程度較高的（de）專用夾具，如采用液壓可調（diào）整工裝，在加工零件外輪廓（kuò）中當切削刀具接近壓緊點時壓板自動讓開，刀具切削後壓板立即返回原位壓緊零件。還有一些公司采用與被加（jiā）工零件相同的材料製造夾（jiá）具、壓板，裝夾時與零件形成一體，切削過（guò）程中不必考慮避讓夾具壓板，加工效率明顯提高[2]。
國內對鈦合金（jīn）航空結構（gòu）件數控加工（gōng）中的工（gōng）裝夾具缺少較（jiào）為深入的研究和開發，更多的是采用簡單機械裝夾方式（shì）。簡單機械裝夾方式受人為因素（sù）影響（xiǎng），夾緊力（lì）不容易控（kòng）製。還有一些平麵型單麵結構、厚度（dù）較小結構件的夾緊采用真空吸附方式（shì），而真空吸（xī）附方式對（duì）於厚度較大、雙麵結構的結構件吸附效果較差[2]。
對於剛性較低的工件（jiàn），夾緊力是引起零件變形的一個重（chóng）要因素。在加工（gōng）中，夾緊力（lì）與切削力間的波（bō）動（dòng）效應產生耦合作用，引起加工殘餘（yú）應力（lì）和工件內部殘餘應力的重新分布，影響工件的變形。特別是薄壁零件剛性差，加工（gōng）時夾、壓的（de）彈性變形將（jiāng）影響表麵的尺寸精度和形狀、位置精度。因夾緊力與支承力的作用點選擇不當，也會引起附加應力[2]。對於此類零件的數控加工，在裝夾方麵可采用基於加工過渡外形的柔性裝（zhuāng）夾方法，即通過（guò）測量自由狀（zhuàng）態下（xià）的（de）過渡外形並調節凸台高度和頂部斜率，使得裝（zhuāng）夾係（xì）統的柔性凸台外形與零件過渡外形在自由（yóu）狀態下完全貼合，避免裝夾變（biàn）形。柔性凸台（tái）的分布可根據（jù）實際情況進行調整，使得裝夾力分布均勻（如圖2所示）。
中航工業成（chéng）飛與清華大學合作，針對柔性工裝（zhuāng）以及柔性支（zhī）撐部件的設計製造進行了探索。但是，柔性工裝的製造成本和製造周（zhōu）期較長，在實際大型鈦合金結構件加工（gōng）裝夾中，通常通過采用無應力（lì）裝夾方式（shì），即在剛性凸台上加墊片來避免裝夾變形（xíng），取得了較好的應用效果。
鈦合金結構件裝夾（jiá）布局優化（huà）等方麵的（de）許多理論和實際應用問題有待進一步研究和（hé）解（jiě）決，未來主要的研究和發展趨勢包括以下兩（liǎng）個方麵：一是合（hé）理裝夾方（fāng）案的設計，通過（guò）合理的裝夾方案設計有效地增加工藝係統的剛（gāng）度，減（jiǎn）少工（gōng）件的變形，提高切削加工的（de）穩定性；二是新的輔助支承裝夾方式的研（yán）究，對於薄壁複雜結構鈦合金零（líng）件而（ér）言，傳統采用輔助支承以（yǐ）增加結構剛性的工藝手段，難以（yǐ）滿足（zú）高精度的加工（gōng）要求，且操作複雜（zá）、效率低，需突破一些新的輔助支承裝夾方法。
2鈦合金加工刀具技術
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隨著（zhe）高速（sù）切削技術的發展（zhǎn），高速切削刀具材料和刀具製造技術都（dōu）發（fā）生了巨大的變化，新材料、新塗層、新技術不斷湧現。然而，目前（qián）刀具技術仍是限製鈦合金等難加（jiā）工材料加工效率提高（gāo）的一個技術（shù）瓶頸。由於鈦合金彈性模量低、彈性變形（xíng）大、切削溫度高、導熱（rè）係（xì）數低、高溫時化學活性高，使得切削粘刀現（xiàn）象嚴重，容（róng）易（yì）加劇刀具磨損甚至破損，導致鈦合金切削加工性較差。因此鈦合金加工（gōng）刀具技術成為（wéi）製約鈦合（hé）金高（gāo）效加工的關鍵技術之一。
從提高金屬去除率的角度（dù）出發，目（mù）前鈦合金航空結（jié）構（gòu）件高效粗加工刀具主要有玉米銑刀、插銑（xǐ）刀、大進給銑刀以及組合刀（dāo）具等（如圖3所示）。其中（zhōng），采用玉米、插銑刀以及組合刀具等對（duì）機床功率和扭矩有一定的要求，而大進給銑刀對機床功率和（hé）扭矩以及剛性無（wú）特殊要求。已有加工應用（yòng）表明，采用大進給銑刀，切削效率可有效提高50%以上。
從控製零件的加工精度出發，鈦合金航空結構件高效精（jīng）加工刀具主要為整體螺旋立銑（xǐ）刀，如（rú）圖4所示。采（cǎi）用密齒刀具（5~10齒）可以顯著改善加工表（biǎo）麵粗糙度，而采用不（bú）等齒距立銑（xǐ）刀（dāo），可有效提升極限切深。
隨著新型刀具材料的（de）出現和新型刀具的不斷發（fā）展，國內外針對鈦合金切削加（jiā）工刀具方麵，做了大量的研（yán）究工作。如T. Kitagawa等對硬（yìng）質合金刀具加工（gōng）鈦合金切削機理進（jìn）行了研究，表明硬質合金刀（dāo）具的晶粒大小以（yǐ）及Co元素含量的高低直接影響其切（qiē）削鈦合金（jīn）時的（de）性能，並指出YG類硬質合金刀具更適合加工鈦合金[3]。J. Vigneau研究了塗（tú）層刀具切削鈦合金的切削性能，傳統的塗（tú）層多為TiC和TiCN塗層，在切削（xuē）過程中（zhōng）Ti元素易與工件發生親和（hé）而加快刀具磨損速度[4]。CBN由於具（jù）有硬度高，耐熱性好而且有很高的（de）穩定性，是高速切削鈦合金的良好刀具，這種刀具價格比較昂貴，國內（nèi）有關（guān）機構還沒有進行（háng）深入的研（yán）究（jiū）[5]。在（zài）刀具結構設計方麵，G. D. Vasilyuk通過增大刀尖圓弧半徑來（lái）增加切削阻尼，從而消除顫振[6]；C.R.LIU在切削（xuē）過程中通過在線控製刀具前角、後角、刃傾角來抑製顫振[7]；德國學者V. Sellmeiert對（duì）不（bú）等齒距立銑刀（dāo）穩定性進行實驗和理論研究[8]等。
國內針對鈦合金切削加工刀具也進行了大量（liàng）研究（jiū）。在多項******基礎科研項目的（de）支持下，成飛公司數控廠與多（duō）家國內高校合作（zuò），在鈦合金高速、高效切削刀具（jù）方麵，研究了刀具與（yǔ）工件的組成成份之間的元素擴散、化學反應以及相互粘結和熔解，並建立了切削刀具與鈦合金材料力（lì）學、物理和化學性能的合理匹配關係模型和匹配設計理論；研究了高速切削條件下的刀具（jù）磨損與破損機理，以及不同（tóng）冷卻方式對鈦合金加工切削性能及（jí）刀具（jù）壽命的影（yǐng）響，建立（lì）了鈦合金高速加工刀具壽命模型；基於刀具和工件剛度匹配關係的多自由度非線（xiàn）性動力學模型，以無顫振穩（wěn）定切削下的高材料切除率和高加工表麵質量為優化目標，建立刀具剛度與工件剛度的（de）匹配關係模型[9]；通過對硬質合金立銑（xǐ）刀螺旋角（jiǎo）及齒間角對高速加工振動的（de）影響研究，發現采用非對稱結構的變齒間角及變槽深結構，可有效提高鈦合金切削穩定性，並自主設計了適合鈦合金高效（xiào）加工的（de）整體硬（yìng）質合金刀（dāo）具[10-13]。
綜合成飛（fēi）公司數（shù）控廠在（zài）鈦合金高速、高效加工方麵的（de）技術積（jī）累與經驗總結，實現鈦合金高速、高效與高精度加工（gōng）所需突破的關鍵技術包括以下幾個方麵：鈦合金高速切削加工（gōng）刀具，減小敏感方向切削力，保證切削加工過程中（zhōng）刀具足夠的剛度，滿足抑（yì）製切削顫振要求；鈦合（hé）金刀具材料、結構需降低鈦合金高速加工過程中的粘結、擴散磨（mó）損，提高刀具壽（shòu）命；鈦合（hé）金高速加工刀具冷卻需充分（fèn），降低（dī）切削溫度以提（tí）高（gāo）刀具壽命。
總之，鈦（tài）合金（jīn）等（děng）難加工材料的高速、高效與高精度切（qiē）削加工對（duì）刀具材料與結構提出了（le）特殊（shū）的要求，發展新（xīn）型刀具（jù）關係著切削生產率的進一步提高。發展新（xīn）型鈦合金高速（sù）、高效切（qiē）削刀具，在材料（liào）方（fāng）麵***主要（yào）的性能要求應是具有更高的強度、硬（yìng）度、化學穩定性、耐熱性、耐磨性以及抗塗層破裂性（xìng）能等；在結構設（shè）計方麵應增強（qiáng）刀具的減振、抗（kàng）振性能，通過刀具結構的優化與（yǔ）改進能（néng）保（bǎo）證更充分的冷（lěng）卻（què），降低（dī）切削加工時的溫度，提高切削速度和刀具壽命。
3加工表麵質量控製技術（shù）
鈦合金零件表麵質量的優劣關係到（dào）其使用壽命和性（xìng）能，是高速高效切削的（de）重點關注領域。飛機零件（jiàn）由於設計（jì）結構的要求，常需（xū）要多種刀具進行切削加工，刀具之（zhī）間的接痕使得零件加工表麵質量不（bú）穩定，同時由於對切削參數缺少係統的研究也對零件表麵加工質量產生較大影響。針對表麵粗糙度、硬度和殘餘應力的（de）研究是表麵質量研究的重要內容。
表（biǎo）麵粗糙度研（yán）究（jiū）方麵：在切（qiē）削過程中，不僅刀具（jù）工件相對運動、刀具幾何參數對粗糙度具有影響，振動、刀具磨（mó）損、切削變形、切削熱等（děng）因素也不可忽視。H. Parisn[14]考慮加工係（xì）統的動力學特點（diǎn），建（jiàn）立了高（gāo）速銑削表麵粗糙度的預測模型。山東大學陳建嶺[15]等通過試驗（yàn）研究了銑（xǐ）削參（cān）數對粗糙（cāo）度、表層微觀組織的影響。綜合工件與刀具相對運動的幾何特征，建（jiàn）立了鈦合金銑削（xuē）加工表麵粗糙度的理（lǐ）論模型，揭示了其形成機理。
加工（gōng）硬化研（yán）究方（fāng）麵：在切削加工中，由於材料（liào）塑性變形強化和熱軟化的綜合作用，使已加工表麵產生加工（gōng）硬化（huà）現象。加工硬化對材料疲勞強度和耐磨性具有影響。20世紀50年代，Oxley[16]等學者（zhě）就（jiù）開始了加工（gōng）硬（yìng）化研究，在直角切削模型（xíng）中考慮了（le）加工影響現象（xiàng）。C. R. Li[17]應用有限元方法（fǎ）研究了低速加工工件表層（céng）硬度分布，建立了以剪切麵（miàn）長度為已加工表麵變（biàn）形參數的模（mó）型（xíng）。
殘餘應（yīng）力研究方麵（miàn）：切削加工引（yǐn）起的殘餘應力對零部件變形、應（yīng）力腐蝕和疲勞壽命具有重（chóng）要（yào）影（yǐng）響。N. Fang[18]等研究了刀具幾何形狀對殘（cán）餘應力的影響。日本學者米穀茂[19]對車削加工工（gōng）件已加工表麵殘餘應力產生機理進行了（le）研究。國（guó）內華南理工大學[20]在20世紀80~90年代較早地（dì）開始了切削加工殘餘應力產生機理的理論和（hé）試驗（yàn）研（yán）究。
此外，山東大學孫傑[21]建立了基於刀具和工件剛度（dù）匹配關係（xì）的多自由度非線性（xìng）動力學模型，通（tōng）過模態試驗等（děng）手段分（fèn）析了（le）不同條件下刀（dāo）具和工件的剛度狀況，以及不同剛度條件下（xià）刀具和（hé）工件各自對銑（xǐ）削穩定性的影響，並繪製了銑削穩定性極限圖。基於多自由度動（dòng）力學（xué）模型，分析（xī）了刀具和工件模態耦合對銑削穩定性的影（yǐng）響，獲得了典型鈦合（hé）金（jīn）薄壁件高速切削過程不同切削加工工藝、不同（tóng）工件剩餘壁厚等多變量對切削穩定（dìng）性的影響，以無顫振穩定切削（xuē）下的高材料切除率和高加工表麵質（zhì）量為優（yōu）化目標，建立刀具剛度與工件剛度的匹配關係模型。
總之，鈦（tài）合金結構件表麵質量控製技術涉及機床（chuáng）、刀具、切削（xuē）參數、走（zǒu）刀路徑（jìng）、冷卻（què）潤滑以及裝（zhuāng）夾等諸多方麵。目前，成飛在進行鈦合金結構件表麵質量控製技術研究方麵，主要通過采用（yòng）高性能整體硬質合金刀具、控製（zhì）精加工（gōng）切（qiē）削餘量、采用物理（lǐ）仿真手段（duàn）優化減小切削力（lì）等（děng）方法，以保證零件的表麵粗糙度（dù）、加工硬（yìng）化以及殘餘應力（lì）等滿足設計要求。但（dàn）是，針（zhēn）對鈦合金尤其是Ti6Al4V高速銑削切削加工（gōng）的表麵完整性研究，如在（zài）粗糙度、加工硬化和殘餘應力的形成（chéng）機（jī）理以及它們之間內在聯係方麵，還需要深入研究。
4薄壁件（jiàn）加工及讓刀控製
弱剛性零件加工是複雜的製造工（gōng）藝（yì）難題，而鈦合金弱剛（gāng）性零件除了鈦合金材料本（běn）身（shēn）所具（jù）有的難加工特性外（wài），其薄壁的結構特點給加（jiā）工帶來了更大（dà）困難，主要表現在：（1）加工尺寸精度難以控製。大量薄壁件的使（shǐ）用，特別是大尺寸薄壁件具有壁薄、腔深的特點（diǎn），易產生加工變形，零件的尺寸精度難於保證；（2）表麵質量（liàng）難以保證。深（shēn）腔薄壁的結構特（tè）點及鈦合金自身材料特點導（dǎo）致鈦合金整體結構件加工過程中極易產（chǎn）生振顫，使表麵質量惡化；（3）加工效率（lǜ）難以提高（gāo）。工件剛性（xìng）弱，易（yì）產（chǎn）生（shēng）顫振等特點導致傳統（tǒng）的鈦合金整體結構件（jiàn）加工隻能在低切削用量水平上進行（háng），生產周期（qī）長，成本高。
薄壁件加工過程中，由於切削力的作用（yòng），刀具和（hé）工件均會產生一定的彈性變（biàn）形。CAD/CAM係統（tǒng）在規劃刀具軌跡和選取工藝參數時，基於零件的理想（xiǎng）幾何形狀，不考慮諸如工件、刀具變（biàn）形等因素，導致實際加工表麵與理論值存在偏差（chà）。因此加工讓刀是薄壁類零件的加工中（zhōng）***為突出的工藝問題，國內外科研（yán）機構及有關企業均投入大量精力對薄（báo）壁件（jiàn）的讓（ràng）刀進行預測與控製。
國（guó）外的研究主要集中在，以三維銑削力建模為基礎進行讓刀量的分析與預測（cè），其中開（kāi）展研究較早、影響較（jiào）為廣泛的是Yusuf Altintas[22]，他在建立銑削三維切（qiē）削力模型的基礎上，借助有限元分析（xī）計算（suàn）方法，研究了整體銑刀加工（gōng）薄壁件所產（chǎn）生的讓刀及（jí）其在工件表麵的分布。法國的Plilippe Depince[23]利用刀具與工（gōng）件的接觸點關係，對刀（dāo）具在加工過程中所表現出的彈性變形特征對工件（jiàn）表麵幾何（hé）加工（gōng）精度的（de）影響進行了研究，發現借助接觸點分析獲得的讓刀量比傳（chuán）統的隻考慮刀具讓刀所產生的讓刀量更符合實際情（qíng）況。
國內近年來在薄壁件切（qiē）削力建模（mó）、切削（xuē）過程穩定性、工件表（biǎo）麵幾何精度預測與控製、刀（dāo）具彈性變形（xíng）等方麵，均（jun1）開（kāi）展了較為深入的研究。其中，中航工業成（chéng）都飛機工業（集團（tuán））有限責任公司通（tōng）過整合（hé）機床、工裝、刀具及加工工藝成（chéng）為高性能的（de）切削工藝係統（tǒng），使鈦合金薄壁件的加工效率在近5年內提高了20%，是國（guó）內極少數（shù）具有（yǒu）大尺寸鈦合金薄壁類結構件生產能力的航空企業之一。由******863鈦合金薄壁類零件高速（sù）切削技術及應用（yòng）項目資助，成飛公司與山東大學合作建立了基於石蠟基複合材料輔助加固鈦合金薄壁件高效加工的係（xì）統工藝方法，形成了包括石蠟基複合材料配方、石蠟基複合材料融化、填加、回收（shōu）等在內的整套工藝，開發（fā）研製的新型鈦（tài）合金（jīn）薄壁（bì）件石蠟輔助加固裝置（zhì），已（yǐ）申請******發明專利，能有效解決鈦合金結構件（jiàn）加工難題，實現加工成型，減小鈦合金薄壁件切削加工過程中的振動。試驗數據表明：采用石蠟基複合材料輔助加固鈦合金薄壁件加（jiā）工振動加速度比不采取加固措施條件下的振動加速度減小86.4%，腹板讓刀變形減小58.6%，有效提高了超小尺寸（cùn）薄壁（bì）結構的加工（gōng）能力。
盡管國內外均針對（duì）薄壁件銑削加工的切削力、穩定性及讓刀等方麵展開了較為深入的研究，但基於單因素的研究成果往往受到（dào）其它因素的製約而不能在工（gōng）程應用（yòng）上發揮其效（xiào）能。缺乏綜合考慮工藝係統、加工參數、加工刀具、工裝夾具的鈦合金薄壁件高效加工係統（tǒng）理論來指導企（qǐ）業工程實際應用。因此，綜合考（kǎo）慮加工（gōng）工藝係統（tǒng）的鈦（tài）合金薄壁件高效加工技術將是今後的（de）主要研究（jiū）方向。
5變形控製技術研究（jiū）與應用
航空結構件加工變形可（kě）分為兩（liǎng）大類：結構局部變形和外形輪廓整體變形（xíng）。結構局部變形主要出現在切削加工（gōng）過程中，通常（cháng）表現（xiàn）為（wéi）讓刀、局部彎曲等，其尺度局限在刀具與工件的接觸區域附近。整體輪廓變形主要表現為切削加工完成後（如卸除工裝夾具後）的整體彎曲、扭曲以及零件放置過程中的伸長和縮（suō）短等，其變形量與結構（gòu）件外形輪廓尺寸成正比。大尺寸整體結構件加工後往往表現為外形輪廓的整體變形，主要由材料大量去除後內應力再平衡分布引起，溫度（dù）變化導致的熱脹冷縮和放（fàng）置過程中的自然時效也是引起整體輪廓變形的重要因素。
在美國、西歐和日本，對鈦合金結構件的加工變形控製已積累一定的（de）經（jīng）驗。法國巴黎航空工業學院與******宇航局（jú）針對（duì）飛行器整體結構件（jiàn）設計與製造問題，聯合建立了專門的強度實驗室，深入（rù）研究（jiū）加工變形的工藝控製和安全校正等問題。日本的（de）岩部洋育等針對切削力引起的薄壁零件的讓（ràng）刀變形，提出平行雙主軸加工方案[24]。Nervi Sebastian建立了毛坯初始殘餘應力引起加工變形的數學預測模型，指出零件的***終（zhōng）變形情況與毛坯初始應（yīng）力的（de）分布狀態，零件在毛坯中的位置和形狀密切相關[25]。
國內（nèi）有（yǒu）關航空整體結構件的加工變形預測及（jí）控製方（fāng）麵的研（yán）究主（zhǔ）要集中在南京航（háng）空航天大學、北京航空（kōng）航天大學、西北工業大學、浙江大學（xué）和山東（dōng）大學等院校。南京航（háng）空航天大學（xué）武凱、何寧等（děng）采用數值模擬技術研究（jiū）了框體結構零件的腹板、側壁加工變形規律（lǜ）及其變形控製方案，提出了大切深法和分布環切法充分利用薄（báo）壁件自身剛性以減小加工變形，提高（gāo）加工精度[26]。並且考慮到內（nèi）應（yīng）力的（de）釋放導致變形，通過應力檢測係統實時監（jiān）測加工過程中內應力的變化，據此製定優化的工藝路徑控製工件變形[27]。山東大學路冬等建立了基於係統剛度變化的工件變形（xíng）控製模型，采用遺傳算法與有限元方法相結合的優化方（fāng）法優化夾緊點數目及位（wèi）置來控製加工（gōng）過程中工（gōng）件變形[28]。對加工後仍然存在變形的零件采用變形校正工藝。山東大學孫傑通過仿真和試驗手段係統地研究了航（háng）空結構件安全校正理論，提出了複雜變形的校正方法，通過機械方法對已變形（xíng）零件進行校正[29]。
鑒於鈦合（hé）金整體結構件變（biàn）形（xíng）問題的複雜性，後續研究有以下問題需要注意：
（1）鈦合金航空整（zhěng）體結構件的（de）變形是（shì）多因素綜合作（zuò）用的（de）結果（guǒ），包括毛（máo）坯初始殘餘應力、工件結構（gòu）特點、材料特性、工藝過程等（děng），對不同（tóng）結構零（líng）件應進行係統分析，找出導致加工變形的關鍵因素，有針對性地采取控製措施。
（2）大多數薄壁件（jiàn）變形的研究都是（shì）在有限元的基礎上，得到了（le）薄壁結構件加工變形的一些規律，從而提出相（xiàng）應的變形控製工（gōng）藝措施，缺少係（xì）統的理（lǐ）論依（yī）據，並且在分析過程中往往（wǎng）隻考慮引起變形的單因素，具有一定的片麵性（xìng）。
6冷卻潤滑（huá）技術研究與應用
在鈦合金結構件數（shù）控加工過程中，刀/工摩擦接觸區的高溫、高壓、高頻衝擊等對刀具（jù）性能提（tí）出了嚴峻考驗，刀具的急劇磨損往往（wǎng）是製約切削效率提高的關鍵因素。麵對現代製造技術在高效、低能耗、環保等方麵的高要求，如何（hé）選用合理有效的冷卻潤滑方式，以改善刀/工（gōng）摩擦（cā）狀態和抑製刀具磨損，從而提高加工質量和（hé）加工效（xiào）率，同時加工過程環境友好，是鈦合金航空結構件數控加工冷卻潤滑方式優化（huà）選擇時必須考慮的重要技術要素。
解決鈦合（hé）金材料的切削問題需要采用耐高溫的（de）高性能刀具，並對切削過程中的刀具進行有效冷卻潤（rùn）滑。在鈦合金常規速度切削加工中，一般采用濕（shī）式切削，如（rú）圖5所示，以（yǐ）達（dá）到降低切削區溫度，進而達到延長（zhǎng）刀具使用（yòng）壽命的目的。但切削液的（de）製造、使用、處理及排放（fàng）要消耗大（dà）量的能源和資源，且（qiě）對環（huán）境造成汙染。若采用乳化液等高（gāo）速濕式切削（xuē）鈦合金，由於熱疲勞破損等反而使刀具壽命極低（dī）。目前，在鈦合金高速加工中，主要采用常溫或低溫條件下的（de）風冷和微量潤滑等冷卻（què）潤滑方式，氣體介質主要有空氣、N2、CO2等。此外，采用液（yè）氮冷卻高速加工鈦（tài）合（hé）金（jīn），亦可有效延長刀具壽命（mìng），但對刀具冷卻裝置要求較高，不易推廣應用。
針對鈦合金等難（nán）加工材料冷卻潤滑方式的研究，國內外諸多（duō）刀具（jù）生（shēng）產廠家和高等院校均開（kāi）展（zhǎn）了大量的試驗研究工作。在德國，特別是諸如達姆施塔特工業大學（xué）、亞琛工業大學、布倫瑞（ruì）克工業大學以及多特蒙（méng）德工業大（dà）學等院校，在鈦合金切削機理、有限元模型分析、仿真、切削試驗和采用不同冷卻方（fāng）式等方麵均開展了一係列研究，其中，亞（yà）琛工業大學（xué）的機床實驗室（WZL）還與伊斯卡（Iscar）、肯（kěn）納金屬（Kennametal）、山高刀具（Seco Tools）和山特維克（Sandvik）等刀具廠，密切合作開展了包括高壓冷卻等技術的研究。從Iscar公（gōng）司提供的資料可以了解到在不同冷卻潤滑（huá）壓（yā）力下車削鈦合金時切屑成形的情（qíng）況。在采用2MPa的壓力進（jìn）行（háng）大流（liú）量外（wài）冷卻時，產（chǎn）生成長條纏繞形的切屑（xiè）；當采用8MPa壓力的內冷卻時，切屑在高壓衝擊下被折斷成（chéng）小的弧形切屑（xiè）；如果采用30MPa超（chāo）高壓（yā）進行內冷卻，這時就變成了針狀形切屑。從上述實例不難看出，通過高壓冷卻可以控製切屑的成形，提高（gāo）切削過程的可靠性，並提高切削用量[30]。
我國（guó）近年來（lái）在鈦合金冷卻潤滑領域的理論（lùn）研（yán）究以及應用上取得了長足進步。已（yǐ）有研究表明，在鈦合金高速切削過程中，采用普通切削（xuē）液會加劇鈦合金材料在刀具表麵粘結層的剝落頻率，加重刀具塗層的粘結剝離，因而普通切削液（yè）有加重複合塗層刀（dāo）具磨損的趨勢[31-32]，而傳統切削液在鈦合金加工過程中，還會造成銑削刀具空行程驟冷，從而加（jiā）劇刀具（jù）熱應力梯（tī）度，在刀具表麵形成熱裂紋加劇刀具磨損破損，故而在使用金剛石刀具切削鈦合金零件時，可使用一種新型的以二氧（yǎng）化碳（tàn）、水及植物（wù）油霧化後的霧狀混合物作為冷卻（què）介質的加工技術，達到冷卻、潤滑及保護金（jīn）剛石刀具的目的[33]。此外，采用低溫氮氣（qì）射流結合微量潤滑高速（sù）銑削鈦合金（jīn）時能夠較為有效地降低銑削（xuē）力、抑製刀具磨損，在低（dī）溫氮氣射（shè）流條件下，隻要熱（rè）裂（liè）紋的（de）形成與擴展未引起刀具的崩刃（rèn）及刀麵的剝落，進一步降低低溫氮（dàn）氣的溫度（dù）將提高刀具的使用壽命[34]。
近年來，微量潤滑切削以其良好（hǎo）的冷卻（què）、潤滑、排屑以及（jí）低（dī）汙染等綜合性能（néng）而受到了工業界的普遍關注，是高速、高性能（néng）切（qiē）削加工采用的主要冷卻潤滑方式（shì）之一。目前，國內工業企業和科研院所已采購了大量的可配備微量潤滑功（gōng）能的高速切削機床，微量潤滑或低溫微量潤滑切削隨著現代高速切削（xuē）機床的普遍使用而得到了一定程度的推（tuī）廣應用。成飛公司（sī）的數據統計表明，相對於濕式切（qiē）削，采用低溫微量潤滑高速切削鈦合金等難加工材料，刀具壽命提高30%以上。
目前，國內鈦合金高效切削專用冷卻介質的研究與應用還與國外存在較大差距（jù），在生產中大規（guī）模應（yīng）用的國產冷卻介質相（xiàng）對缺乏。在航空製造企業，鈦合金（jīn）冷卻潤滑介質主要采用進口產品（如辛辛那提米拉克龍、嘉實多等），不僅增加了生產成本，而且對我國航空製造企業生產的穩定發展存在一定的隱患，急需（xū）在鈦合金高效切削專用冷卻潤滑介質領域進行深入係統的研究，充分利用高效、低汙染、可持續發展的新型冷卻潤滑介質，加強產學（xué）研合作及科研成果的轉化，爭取早日實現優（yōu）質（zhì）冷卻潤滑介質的國（guó）產（chǎn）化。此外，切削加工現場環境質量安（ān）全與切削（xuē）介質的環境汙染（rǎn）問題（tí）一直（zhí）是困擾機械製造業的難題之（zhī）一。如何在推廣應用高性能（néng）冷卻潤滑技術的同時，有效監測和控製切削（xuē）現場的空（kōng）氣質量，使（shǐ）其對人體健（jiàn）康的影響降低至安全可靠的標準之下（xià），同時又能有效地（dì）提高金屬切削加工質量與切削加工效率，則（zé）是我（wǒ）國（guó）工業（yè）界和機械製造技術領域所必須重點關注的問題。
結束語
我國航空製造企業近年來通過加強產學研合作，以及引進吸收國（guó）外（wài）******製造技術（shù），對鈦合金結構件的（de）加工（gōng）工藝（yì）方法進行了係統研究，大幅度提高了鈦合金航空結（jié）構（gòu）件的加工效率與加（jiā）工質量。但我國大型飛機鈦（tài）合金結構件的數控加工仍處於起步（bù）階段（duàn），加工效率及質量都還明（míng）顯落後於（yú）發達******，已（yǐ）成為製約整個飛機研製和（hé）生產的瓶頸之一，急需通過更為深（shēn）入的產學研合（hé）作提高科研水平與生（shēng）產效率，加大科研成果轉化為實際生產力的力度。
客服