鈦合金構件激光快速成形技術，以鈦合金粉末為原料，通過激光熔化逐層沉積(“生長制造”)，直接由零件CAD模型一步完成高性能鈦合金構件的“近凈成形”，是一種變革性的短周期、低成本、無模、數字化、先進的制造技術。與整體鍛造等鈦合金傳統制造技術相比，鈦合金構件激光快速成形技術具有組織細小均勻、綜合力學性能優異，無需鍛造加工及鍛造模具，材料利用率高、機械加工余量小、數控加工時間短、柔性高效等突出優點。通過近10年的攻關，我國已率先實現激光快速成形大型鈦合金主承力構件的裝機應用。
激光快速成形鈦合金零件的表面形貌特征、顯微組織、力學性能以及尺寸余量等與傳統鑄造和鍛造鈦合金存在明顯差異，其機切削工藝也與傳統鍛造鈦合金存在差異。目前尚無有關激光快速成形鈦合金的切削加工工藝的研究報道。本課題分析了激光快速成形TA15鈦合金制件的表面形貌特征和硬度分布均勻性，重點研究了激光快速成形TA15鈦合金構件的銑削、鏜削、鉆孔等切削工藝性能，切削加工刀具材料選擇和銑削工藝參數優化。
試驗方法
選擇北京航空航天大學激光快速成形的TA15 鈦合金飛機構件作為典型試驗件。TA15鈦合金飛機構件激光快速成形后按照(750±20)℃/(2～3)h，AC熱處理制度進行去應力退火。采用BX51M 型光學金相顯微鏡(OM)和JSM25800型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察分析激光快速成形TA15鈦合金材料的顯微組織，在MH-6型半自動顯微硬度計上測試了材料的顯微硬度。
在中國航天三院159廠采用XH718/1型三軸立式數控加工中心、意大利JOBS公司J243型五軸數控龍門銑床、德國TCX110型四軸數控鏜銑床和昆明機床廠TK6913A型四軸數控鏜銑床等進行了激光快速成形TA15鈦合金材料的銑削、鏜削和鉆孔等切削加工工藝研究，并選用鍛造TA15 鈦合金材料進行了加工工藝性能對比研究。
激光快速成形TA15鈦合金構件表面形貌特征
TA15鈦合金構件激光快速成形后獲得“近終形”鈦合金零件毛坯，其表面形貌狀態將影響銑削粗加工刀具材料和銑削參數的選擇。本課題首先分析總結了激光快速成形TA15鈦合金材料的表面形貌特征，為銑削加工工藝優化提供指導。
如圖1所示，激光快速成形逐道搭接掃描、逐層熔化沉積的工藝特點和液態金屬凝固過程中表面張力共同作用下，TA15鈦合金構件激光快速成形后的表面呈現一種規則的波紋起伏 “魚鱗紋”狀形貌，與鍛件和鑄件較為平整的表面形貌明顯不同。研究同時表明，通過控制激光功率、光束直徑、送粉量和掃描速度等激光成形關鍵工藝參數，可以調節單層熔化沉積高度和熔池形貌，從而實現對工件表面質量的控制，特別是粉末流的匯聚性和光- 粉的耦合作用效果，對成形工件表面質量的影響十分明顯。當粉末流發散度較大時，未被捕獲入熔池的粉末較多，在灑落過程中極易被半熔化或燒結粘附于工件側壁表面(經后續熱處理過程后成為一系列孤立凸起的氧化物硬質顆粒)(圖2)。
圖2 激光快速成形鈦合金零件表面粘結粉末形貌實物照片
激光快速成形鈦合金零件這一特殊的表面形貌特征，對其粗加工有較大影響。對激光快速成形TA15鈦合金飛機構件的粗加工工藝研究表明，當粗加工首次切削深度小于激光成形制件表面粗糙度時，由于刀刃直接接觸波紋起伏層(相對硬的氧化物層)或表面粘結氧化物顆粒，刀具磨損較快，崩刃現象頻繁發生，加工過程噪聲和振動較大。
陜公網安備 61030502000103號 
