[摘 要]鈦在國民經濟中僅次于鋼和鋁，可謂“第三金屬”。區別于一般金屬所制成的鑄件，鈦金屬或鈦合金所制成的鑄件在形態上與成品非常類似，明顯減少機加工量；同時，鈦合金鑄件具有鈦金屬、鈦合金所具有的耐高溫腐蝕，強度高、性能穩定等優勢，可以用于航空航天、醫療體育、能源化工等多個領域，甚至在軍用領域也有非常廣泛的應用。文章選擇機型為ZTC4的框架型鈦合金鑄件作為研究對象，對其加工技術、加工工藝進行探析。

　　[關鍵詞]鈦金屬；框架式；鈦合金；鑄件；加工技術；加工工藝

　　鈦合金是一種具有高性能的新型材料，與鋼相比，其質量非常輕盈，與鋁相比，鈦合金具有高溫結構，這樣的性能使得鈦合金被廣泛應用于汽車、航空航天器或艦船的制造之中，甚至在軍用領域也占據了一席之地。我國近些年來在工業技術上迅速發展，金屬產品在制造上也向著“近凈成形”的方向不斷發展，優于機械加工與鍛造的鑄造技術可以使金屬產品直接獲得“近凈成形”的構件。將鑄造技術與鈦合金聯合使用，可以提高鈦合金鑄件的抗蠕變性能與裂紋擴展能力，還可以節省鈦合金生產成本。因此，如何提高鈦合金鑄件的加工效果便成了目前急需解決的問題。

　　1 概 述

　　現階段，無論是國外還是國內，所使用的鈦合金和鈦合金鑄件都是沿用于鈦合金與變形鈦的成分。對于變形鈦合金和鑄造鈦合金來說，其分類標準都是相同的。若以“相同組成”作為標準進行分組，可分為“β”型、“α”型、“近β”型、“近α”型以及“α+β”型五個類別的合金；若以“金屬強度即應用狀況”作為標準進行分組，可分為“中溫中強”型合金、“高溫高強”型合金、高強合金、低溫合金、生物工程合金以及耐腐蝕合金共六種類型的合金。

　　目前，我國最為常用的合金便是中溫中強合金ZTC4與ZTC7，其中ZTC4便是本文所要研究的框架式鈦合金鑄件的原材料。除此之外，還有ZTA2與Ti-0.2Pb這兩種使用率較高的耐腐蝕型鈦合金，Ti1100等高溫鈦合金、Ti153等高強β型鈦合金。2014年的一項調查結果顯示，在鈦合金鑄件中有90%以上使用ZTA2與ZTC4作為生產原材料。

　　2.1 用途

　　以沈飛制造的某型飛機為例，其后機身部分是由2個大型鑄件與4個框架式結構所構成的骨架，其平尾與垂尾是一體的，將垂尾軸安裝在鑄件的垂尾孔中，并使機身垂直面和垂尾軸保持一定的角度，在運行垂尾軸時可以使其圍繞著垂尾軸線進行轉動。在這樣的裝配方案中，垂尾軸所有的應力均施加在鑄件之上，鑄件內側與三個框架相連接，并使用高鎖螺栓進行連接。由此可見，鑄件是整個方案中最為關鍵的承力構件，其重要性不言而喻。

　　2.2 分析

　　2.2.1 毛料信息

　　無論是熔模鑄造的毛料還是砂型鑄造的毛料，其材料牌號均為退火狀態的ZTC4型鈦合金，零件的尺寸為1.37m×0.7m×0.7m，其凈質量分別為0.11t和0.15t。

　　2.2.2 結構特征與加工難點

　　第一，零件本身具有相當復雜的結構，工藝性不佳，剛性差，很難具有穩定的結構，在加工過程中極易出現變形問題。第二，加工關系復雜，缺乏協調性，需要多面配合，對于配合精度具有非常高的要求。第三，零件在尺寸精度與裝配精度上具有較高的要求，加工中難以保證零件具有足夠的尺寸精度與裝配精度。第四，作為理論外緣的上表面與下表面在鑄造過程中很難達到設計要求，外形極易出現較大的偏差，機加工時很難協調好位置余量。第五，零件尺寸為1.37m×0.7m×0.7m，鑄件壁厚度相對較薄，若使用一般方法進行加工將會帶來明顯的顫動，刀具容易斷裂，進而影響到加工位置的精度。第六，鑄件的垂尾孔直徑在19～22.8cm之間，孔長度為4.5cm，大小誤差應控制在（+0.05，-0.01）之間，若使用數控鏜孔技術可以達到尺寸要求，使用數控銑加工技術可以通過裝夾方式進行擺角加工，但是加工中對鏜刀總質量的要求已經超過了數控機床所具有的最大承拉重力――198N。第七，作動孔處的槽口尺寸應為：槽深0.15m、下刀深0.17m，就?_敞性而言不甚理想。第八，上腹鰭孔與下腹鰭孔的孔徑應為18H8mm和22H8mm。在鑄造過程中很難控制好孔洞的位置，因此鑄件的腹鰭孔通常不具有底孔，這就使得鑄件缺少足夠的下刀空間，特別是下腹鰭孔，僅有0.12m×0.16m的下刀窗口，其位置甚至在腹鰭凸臺的背面。

　　2.3 加工與控制

　　2.3.1 明確加工基準

　　從前文所提供的信息可以推斷出如下結論：鑄件缺少直接加工的基準、零件易發生顫動、難以保證空間尺寸、槽口長且下刀空間小、難以協調加工余量、垂尾孔長等，均是影響加工方案實行效果的因素，對此，首先應該明確加工的基準，例如，鑄件缺少直接加工基準，數模中對鑄件某一面的加工要求是平面，但是當前的鑄造技術無法切實地保證其平面的平面度，無法將其作為加工基準，此時可以在鑄件的外部適當增加一個工藝凸臺作為工藝基準，基于這個工藝凸臺，鑄件在經過鑄造加工之后便可以接受加工余量的調整。這種在設計數模的基礎上增加工藝凸臺的行為便可以稱之為“制造工藝數模”，這樣的工藝數模可以作為加工鑄造乃至檢查的最初始的依據。

　　2.3.2 協調加工余量

　　若要協調加工余量，需要進行“鑄造廠劃線”與“機加廠協調”兩個階段的工作。在第一個階段，鑄造廠需要為鑄件協調好加工余量，使用兩點投影交叉法在鑄件上繪制上機加工的基準線，其坐標體系包括2X、Y和Z共三個方向。由于劃線無法保證每一個平面都有正好的機加工余量，無法確保壁厚達到設計要求，無法確保上表面與下表面處在較為均勻的狀態，因此需要機加廠進行下一階段的協調工作。而機加廠主要負責為鑄件分配工藝余量，鑒于鑄件的結構為典型的殼體，因此可以在每一個加工面進行單面加工。當然，也正是因為鑄件均為單面加工且加工面位于殼體的六個方向，因此鑄件很難實現加工余量的協調分配，增加設計的強度與流水性，因此需要適當進行整體余量的增加，但不可過度增加，以免增加鑄件的整體凈質量。

　　2.3.3 嚴格控制工藝裝備要求

　　首先，需要考慮工種，如：

　　①數控銑，使用自制銑夾方式；

　　②垂尾孔加工：垂尾孔的長度最長為0.45m，最大直徑為0.23m，由于加工工具難以保證其剛性，因此應該選擇主軸直徑較小的機床進行加工，加工時保持孔位水平，作固定鏜夾加工。

　　③對于殼內部的腹鰭孔，應購買最大扭矩為70Nm的專用角度頭進行加工；針對腹鰭孔較小的下刀空間，可以使用鉆頭與鉸刀進行加工。

　　2.3.4 加工過程

　　框架式鈦合金鑄件的加工過程如下：

　　①檢驗材料，查看其是否符合相關參數要求；

　　②按照劃線進行零件調整；

　　③銑基準鉆小孔并使用測量機進行測量；

　　④分析數據，制定調整方案；

　　⑤基于方案進行基準孔擴大，對銑基平臺進行校準；

　　⑥數控粗精銑，檢查測量，再次裝夾并進行數控粗精銑，如此多次反復；

　　⑦精修外形，清洗，測量，熱處理，并采取精鏜孔處理；

　　⑧測量并進行套孔鉆擋、孔位測量；

　　⑨銑掉工藝凸臺，給予清洗、熒光處理，排除裂紋，增加標識。

　　3 結 論

　　框架式鈦合金鑄件加工難度大、要求高，本文對其加工技術、加工要求、加工工藝進行了簡單介紹，以供參考。

　　參考文獻：

　　[1]王金海，張偉.框架式鈦合金鑄件加工技術探析[J].裝備制造技術，2012（3）.

　　[2]王金海，張偉，李晶磊.框架式鈦合金鑄件加工技術[J].工具技術，2012（5）.

　　[3]李義軍，朱明渝.大型薄壁復雜框架式結構鈦合金鑄件的研制[J].鑄造，2015（3）.