鈦合金緊固件在機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小、強度較高、抗腐蝕性能好、低溫韌性好、熱強性好、以及焊接性能好的加工材料，其被廣泛地應用于緊固件以及飛機起落架結構承力件的制作中，然而這種材料也有一定的缺點，其彈性模量小、導熱系數小、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量。因而對其在機械加工中存在問題進行分析，提高加工工藝質量水平對促進鈦合金材料的運用是非常重要的。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行分析，并探討提高加工工藝質量的有效措施。

【關鍵詞】鈦合金緊固件；機械加工；問題；質量控制；措施

0 前言

在飛機零件中，鈦合金緊固件的運用可以使飛機增強抗腐蝕能力，還可以達到減重的目的，鈦合金緊固件是碳纖維復合材料以及鈦合金之間的必要連接件。現階段，鈦合金以及復合材料的運用范圍逐漸增大，應用數量也在不斷增加。

1 概述

1）鈦合金緊固件的標準要求。鈦合金緊固件一般需要進行固溶時效熱處理，從而保證其滿足660MPa的抗剪強度以及1100MPa的抗拉強度性能要求，鈦合金制造的緊固件要對其進行詳細的檢查，除了觀察外觀是否存在損毀，還要對其進行機械性能以及冶金的檢查。鈦合金緊固件具有嚴格的材料標準以及質量、性能標準和要求，鈦合金緊固件的加工技術條件要與AMS4967標準（絲材、退火、鍛件和環形件、可熱處理的鈦合金棒材）中提出的相關要求相符合，該標準在材料的公差、尺寸、金相、外觀、缺陷控制、以及機械性能等方面均有明確的標準要求和性能要求。

2 鈦合金緊固件使用過程以及機械加工中存在的問題

1）腐蝕性能。在進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行修補，然而在鈦合金緊固件實際使用過程中，由于環境條件的變化（如：某種介質濃度增加、溫度升高、或與易腐蝕的金屬發生接觸），就會導致鈦合金發生腐蝕。鈦合金表面有一層鈍化膜，如果長期在供氧不足的環境中，其鈍化作用會降低，同時可能發生點蝕。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。在對鈦合金進行車削加工過程中，主要的問題有刀具磨損嚴重、切削溫度過高、以及切削回彈大等[2]。一般來說，在合理的機械加工條件中，車削工序并不困難，如果是對于大批量生產、連續切削、以及金屬去除量比較大的切削，需要采用硬質合金刀具；而在成型切削或切斷時需要對鋼刀具進行合理調整，必要時采用金屬陶瓷刀具。

3）鏜削加工中存在的問題。鏜削屬于精細加工，在對鈦合金產品進行鏜削的加工過程中，在對鈦合金進行銑削加工時，由于刀具每一轉過程中只是部分處于銑削狀態，因而容易導致刀具出現磨損或破損現象，在進行下一個銑削行程時，嚴重影響了銑削表面的粗糙程度。因而為了減少上述現象的發生，需要對鏜削加工工藝進行改進和完善，提高鈦合金緊固件的機械加工質量和水平。

3 提高鈦合金緊固件機械加工質量的有效措施

由于鈦合金材料本身存在加工性能差、導熱系數小、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一步應用。為了對其加工質量進行提高，優化鈦合金緊固件的加工工藝，因而必須要對機械加工的流程以及各環節的質量進行嚴格控制，提高加工效率和加工工藝水平。其主要措施體現在以下幾個方面：

1）設備控制

（1）設備要求。首先要控制好進給運動，確保其精確性和可靠性。其次在進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合金刀具。在對其進行加工時，要考慮到零件的結構、毛坯表面的硬化程度、以及余量分布等因素，對涂層刀具類型進行合理選擇，同時將加工工序分成粗加工、半精細加工、以及精細加工等幾個階段，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，可以采用支承進行輔助，在對夾具進行設計制作時要考慮到零件的實際切削力，從而避免使零件發生變形。

2）材料控制

鈦合金原材料在使用前要對其進行檢驗，保證材料的各項性能符合標準，主要對其進行產品合格證、鍛件取樣部位、標識、規格、試驗類型、毛坯狀態、數量、以及尺寸和力學性能等方面的檢查。

3）加工環境的控制

首先要保證鈦合金緊固件加工環境的濕度以及溫度符合標準和要求，由于零件的化學親和力比較高，因此在與其進行接觸的夾具中不能選用鉛、鋁、鋅等材料，以免二者發生化學反應。在對零件進行停放或周轉的過程中要采取必要的防護措施。避免零件與其他金屬粉末等進行接觸而發生反應，對其 造成污染。

4）制造控制

（1）結構設計。在對鈦合金零件進行半徑設計時，要在其結構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載比較大，需要在受拉力區域減少釘孔，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。首先是鉆孔，在進行鉆孔時要采用硬質合金鉆頭，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，同時要保證其結構符合標準，禁止鉆頭不進給而在原地打轉，避免加工硬化。此外，可以采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）維護以及質量控制

（1）維護控制。首先要保證在生產以及加工過程中所使用的工具、設備、以及量具等無使用障礙，并且無污染，保持良好的使用狀態，在規定的時間內，需要對其進行定期的合格檢查。此外，還要對切削液進行定期的檢查，確保切削液的潤滑以及冷卻性能。對于刀具的維護方面，應該定期對其進行質量檢查，對出現問題的刀具進行修整或更換，保證其刀刃鋒利，延長刀具的使用壽命。

（2）質量控制。由于鈦合金材料具有導熱性能差的特點，因此應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行冷卻，避免發生火災，一旦發生起火現象，可以采用滑石粉進行滅火。其次，在進行銑削加工過程中，要盡量避免刀具停止進給或主軸停轉。鈦合金緊固件的表面要避免產生裂紋或燒傷，由于其化學親和性較大，因而要注意避免其與其他金屬接觸而發生化學反應。

4 結語

近年來，隨著科學技術的發展，鈦合金材料被廣泛應用于飛機等航空零件的結構制造中，其具有很好的耐腐蝕性，加上（下轉第86頁）（上接第76頁）其變形系數小以及強度高等優點，因而獲得了有效的應用。然而，這種材料也有一定的缺點，一定程度上阻礙了其進一步的應用，因而需要對鈦合金緊固件的加工工藝進行質量控制，不斷提高機械加工水平和產品質量。

【參考文獻】

[1]沙愛學.BTl6鈦合金緊固件加工工藝分析[J].稀有金屬材料與工程，2006，35：57-58.

[2]黃曉霞.鈦合金緊固件的腐蝕及其防護技術[J].材料保護，2008，06：57-59.

[3]劉風雷.鈦合金緊固件涂鋁技術[J].航空制造技術，2013，11：66-68.

[責任編輯：田吉捷]