為（wéi）滿足（zú）隱身、長壽命以及結構輕量化等方麵的性能要求，鈦合金結構件（jiàn）在現代飛機設計中被大量應用（如圖（tú）1所示）。鈦合金飛機結構件主（zhǔ）要包括框、梁、壁板等，主要有（yǒu）輪廓尺（chǐ）寸大、槽腔多、槽腔深、壁薄且（qiě）通常具有變斜角理論曲麵等（děng）結構特（tè）點，數（shù）控加工時材料去除率高達90%~95%，薄壁、深槽腔特征占（zhàn）80%以上，為典型的弱剛性結構，加工狀態極不穩定。由於（yú）鈦合（hé）金材料本身彈性模量低、彈性變形大、切削溫度高、導熱係（xì）數低、高溫時化學活性高，使得切削粘刀現象嚴（yán）重，容易加劇刀具磨損甚至破損，導致鈦合金切削加工性較差。
在鈦合（hé）金飛機（jī）整體框、梁及大型壁板製（zhì）造過程中，由於零件結構形狀複雜，外形協調性要求（qiú）高，零件裝配協調麵、交點孔等（děng）數目多（duō），零件製造精度要求（qiú）高，加工過程中金屬去除量大、相對剛度較低、加工工藝性差，在切削力、切削振動、切（qiē）削熱等多種因素的影響下，導致（zhì）在（zài）加工中容易出現（xiàn）讓刀、變形（xíng）、振動等問題（tí），加工質量很難控製。而（ér）鈦（tài）合金本身作為一種典型的難加（jiā）工材料，對機床、刀具、加工（gōng）工藝（yì）等要求極高。因此，上述諸多因素導致傳統的鈦合金航空結構件加工隻能在低切削用量（liàng）水平上進行，生產（chǎn）周（zhōu）期（qī）長，加工成本（běn）較高，鈦合金航空結構件的加工（gōng）已（yǐ）成為航空製造業中複雜的製造（zào）工藝難題。
關鍵技術及其發展趨勢
1鈦（tài）合金零件工裝裝夾技術
鈦合金零件（jiàn）裝夾原則是：（1）粗加工階段夾（jiá）緊力要大，防止在大切削力加工（gōng）過程中零件鬆動（dòng）；精加工階段夾緊力要（yào）小，防（fáng）止裝夾變形。（2）夾（jiá）緊力（lì）作用在剛性（xìng）好的（de）地（dì）方，且施力點盡可能多。（3）對於剛（gāng）性較差的薄壁結構零件應增（zēng）加適（shì）當的輔（fǔ）助（zhù）裝置，增加整個加工工藝係統（tǒng）的剛性[1]。
國外大量采用了自動化程度較高的專用夾具，如采用液壓可調整工裝，在加工零件外輪廓中當切削刀具接近壓緊點時壓板自動讓（ràng）開（kāi），刀（dāo）具切削後壓板立（lì）即返回原位壓緊零件（jiàn）。還有一些（xiē）公司采用與被加工零件（jiàn）相同的（de）材料製造夾具、壓板，裝夾時與零件形成一體（tǐ），切削過程中不必考慮（lǜ）避讓（ràng）夾具壓（yā）板（bǎn），加工效率明顯提高[2]。
國內（nèi）對鈦合金航空結（jié）構件（jiàn）數控加工中的工裝夾具缺少較為深入的研究和開發，更多的是采用簡（jiǎn）單機械裝夾方式。簡單（dān）機械裝夾方（fāng）式（shì）受人為因素影響，夾緊力不容易控（kòng）製。還有一些平麵型單麵結構、厚度較小結構件的夾緊采用真空吸附方（fāng）式，而真空吸附方式對於（yú）厚度較大（dà）、雙麵結構的結構件吸附效果（guǒ）較差[2]。
對於剛性較低的工件，夾緊力是引起零（líng）件變形的一個重要因素。在加工中，夾緊力（lì）與切削力間的波動效應產生耦合（hé）作用，引起加工（gōng）殘餘應力和工件內部殘餘應力（lì）的（de）重新分（fèn）布，影響工件的變形。特別是薄壁零件剛性差，加工時夾、壓的彈性變形（xíng）將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（kě）采用基於（yú）加工（gōng）過渡外形的柔性裝夾方法，即（jí）通（tōng）過測量自由狀態下（xià）的過渡外形並調節凸台高度和頂部斜率，使得裝夾（jiá）係統的柔性凸台外形與零件過（guò）渡（dù）外形在自由狀態下完全貼（tiē）合，避免裝夾變形。柔性凸台的分布可根據實際情況進行調整，使得裝（zhuāng）夾力分布均勻（如圖2所示）。
中（zhōng）航（háng）工業成飛與清華大（dà）學合（hé）作，針（zhēn）對（duì）柔性（xìng）工裝以及（jí）柔性支撐部件的設計製造進行（háng）了探索。但是，柔性工裝的製造成本和（hé）製造周期較長，在實際大型鈦合（hé）金結構件加工裝夾中，通常通過采用（yòng）無應力裝夾方式，即在剛性凸台（tái）上加墊片來避（bì）免裝夾變形，取得了較好的（de）應用效果。
鈦合金結構件裝夾布局優化等方麵的許多理論和實際應用問題有待進一步研究和解決，未來主要的（de）研究和發展趨勢包括以下兩個方麵：一是合理裝（zhuāng）夾方案的設計，通過合理的裝夾方案設計有效地增加工（gōng）藝係（xì）統的剛（gāng）度，減少工件的變形，提高切削加工的（de）穩定性；二是新的輔助支（zhī）承裝夾方（fāng）式的研究，對於薄壁複雜結構鈦合金零件而言，傳統采用輔助支承以增加結（jié）構剛性（xìng）的工藝手段，難以（yǐ）滿足高精度的加工要求，且操作複雜、效率低（dī），需突破一（yī）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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隨著高速切削技術的發展，高速切削刀（dāo）具材料和刀具製造技術都發生了巨大的變化，新材料、新塗層、新技術不斷（duàn）湧現。然而，目前刀具技術仍是限製（zhì）鈦合金等難加工材料加工效率提高的一個技術瓶頸。由於鈦合金彈性模量低、彈性變形大、切削溫度高、導熱係數低、高溫時化學（xué）活性高（gāo），使得切（qiē）削粘刀現象嚴重，容易加劇刀具磨損甚至破損，導（dǎo）致鈦合金切削加工性較差。因此鈦合金加工刀具技（jì）術成為製約鈦合金高效加工的關鍵技（jì）術之一（yī）。
從提高金屬去除率的角度出發，目前鈦合（hé）金航空（kōng）結構件高效粗加（jiā）工刀具主要有玉米銑刀、插銑刀、大進給（gěi）銑刀以及組合刀具等（如圖3所示）。其中，采用玉米（mǐ）、插銑刀以及組合刀具等對機床功率和扭矩有一定的要求，而大進（jìn）給銑刀對機床功率和扭矩以及剛（gāng）性無（wú）特殊要求。已有加工應用表明，采用大進（jìn）給銑刀，切削效率可有效提高50%以上。
從控製零件的加工（gōng）精度出發，鈦合金航空結構件高效（xiào）精加工（gōng）刀具主要為整體螺旋立銑刀，如圖4所示。采用密齒刀具（5~10齒）可以顯著改善加（jiā）工表麵粗糙度，而采用不等齒距立銑刀，可有效提升極限切深。
隨著新型刀具材料的出現和新型刀具（jù）的不斷發展，國內外針對鈦合金切削加工刀具方麵，做了（le）大量的研究工（gōng）作。如T. Kitagawa等對硬質合金刀具加工鈦合金切削（xuē）機理進行了研究，表明硬質合金刀具的晶粒大小以（yǐ）及Co元素含量的高低直接影響其切削鈦合金時的性能（néng），並指出YG類硬質合金刀具更適合（hé）加工鈦合金[3]。J. Vigneau研究了塗層刀（dāo）具切削鈦合金的切削（xuē）性能，傳統的塗（tú）層（céng）多（duō）為TiC和TiCN塗層，在切削（xuē）過程中Ti元素（sù）易與工件發生親和而加快刀具磨損速（sù）度[4]。CBN由（yóu）於具有硬度高，耐熱性好而且有很高的穩定性，是高速切削鈦合金的良好刀具，這種刀具價格比較昂貴，國內有關機構還沒有（yǒu）進行深入的研（yán）究[5]。在刀具結（jié）構設（shè）計方麵，G. D. Vasilyuk通過增大刀尖圓弧半徑來增加（jiā）切削（xuē）阻尼，從而消除顫振[6]；C.R.LIU在（zài）切削過程中（zhōng）通過在線（xiàn）控製刀具前角（jiǎo）、後角、刃（rèn）傾角來抑製顫振[7]；德國（guó）學者V. Sellmeiert對不等齒距立銑刀穩定性（xìng）進行（háng）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。在多項******基礎科研項目的支持下，成飛公司數控廠與多家國內高校合作，在鈦合金高速、高效切削刀具方麵，研究了刀具與工件的（de）組（zǔ）成成份之間的（de）元素（sù）擴散、化學反應以及相互粘結和熔（róng）解，並建立了切削刀具與鈦合金材料力學、物理和化學性能（néng）的（de）合理匹配關係模型和匹配（pèi）設計（jì）理論；研（yán）究（jiū）了高速切削條件下的刀具磨損與破損機理，以及不同冷卻方式對鈦合金（jīn）加工切削性能及刀具壽命的影響，建立了鈦合金高（gāo）速加工刀具壽（shòu）命模型；基於刀具和工件剛度匹配關係（xì）的多自由度非線性動力（lì）學模型，以無顫振穩定切削下的高材料切除率和高加工表麵（miàn）質量為優化目標，建立刀具剛度與工件剛度的匹配關係模型（xíng）[9]；通過（guò）對硬質合金立銑刀螺旋角及齒間角對高（gāo）速加工（gōng）振動（dòng）的影響研究，發現采（cǎi）用非對稱結構的變齒間角（jiǎo）及變（biàn）槽深結構，可有效（xiào）提高鈦合金切削穩定性，並自主設（shè）計了適合鈦（tài）合金高效加工的整體硬質（zhì）合金刀具[10-13]。
綜合成飛公司數控廠（chǎng）在鈦合金高速、高效加工方麵的技術（shù）積累與經（jīng）驗總結，實現鈦合金高速、高效與高精度（dù）加工所需（xū）突破的關鍵技術包括以下幾個方（fāng）麵：鈦合金高速（sù）切削加工刀具，減小敏感方向切削力，保證切削加工過程中刀具足夠的剛度，滿足抑製切削（xuē）顫振要求；鈦合金刀具材料、結構需（xū）降低鈦（tài）合（hé）金高速（sù）加工過程（chéng）中的粘結（jié）、擴散磨（mó）損，提高刀具（jù）壽命（mìng）；鈦合金高速加工刀具冷卻需充分，降低切削（xuē）溫度（dù）以提高刀具壽命。
總之，鈦合金等難加工材料的高速、高效與高精度切削加工（gōng）對刀具材料與結構提出了特殊的要求，發（fā）展新型刀具關係著（zhe）切削（xuē）生產率的進一步提（tí）高。發展新型鈦合金高速、高（gāo）效切削刀具，在（zài）材料方麵***主要的性能要求應是具有更（gèng）高的強度、硬度、化學穩（wěn）定（dìng）性、耐熱性、耐磨性以（yǐ）及抗塗層破裂性能等；在結構設計方麵（miàn）應增強刀具的減振、抗振性能，通（tōng）過刀具結構的優化與改進能保證（zhèng）更充分的冷卻，降低切削（xuē）加工時的溫度，提（tí）高（gāo）切削速度和刀具壽命。
3加工表麵質量控製技術
鈦合金零件表麵（miàn）質量的優劣關係到其（qí）使用壽命（mìng）和性能，是高速高效（xiào）切削的重點關注領域。飛機零件由（yóu）於（yú）設計結構（gòu）的要求，常需要多種刀具進行切削加工，刀具之間的接痕使得零件加工表麵質量不穩定，同時由於對切削（xuē）參數缺少係統的研究也對（duì）零件表麵加工質量產生（shēng）較大影響。針對表麵粗糙度、硬度和殘餘（yú）應力的研究是表麵質量研究的重要內容。
表麵（miàn）粗糙度研究方麵：在切削過程中，不僅刀具工（gōng）件相對運動、刀具幾何（hé）參數對粗糙度具有（yǒu）影響，振動、刀具磨損、切削變形、切削熱等因（yīn）素也不可忽視（shì）。H. Parisn[14]考慮加工係（xì）統的（de）動力學特點，建立了高速銑（xǐ）削表麵（miàn）粗糙度的預測模型（xíng）。山東大學陳建嶺[15]等通過試驗研究了（le）銑削參（cān）數對粗糙度、表層微觀組織的影響。綜合工件（jiàn）與刀具相對運動的幾何特征，建立了鈦合金銑削加工表麵粗糙度的理論模型，揭示了其形成機理。
加工硬化研究方麵：在切削加工中，由於材料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硬化現象。加（jiā）工硬化對材料疲勞強（qiáng）度（dù）和耐磨性具有影（yǐng）響。20世紀50年代，Oxley[16]等學者就開始了加工硬（yìng）化研究，在直角切削模型中考慮了加工影響現象（xiàng）。C. R. Li[17]應用有限元方法研究了低速加工（gōng）工件表層硬度分布，建立了（le）以剪切麵長度（dù）為已（yǐ）加工表麵變形參數的模型。
殘餘應力研究方麵：切削加工引起的殘餘應力對零部件變形、應力（lì）腐蝕和疲勞壽命具有重（chóng）要影響。N. Fang[18]等研（yán）究了刀具幾何（hé）形狀（zhuàng）對殘餘（yú）應力的影響。日本學者米穀茂[19]對車（chē）削加工（gōng）工件已（yǐ）加（jiā）工表麵殘餘應力產生機理進行了研究。國內華南理工大學[20]在20世紀80~90年代較早地開始了（le）切削加工（gōng）殘餘應力產生機理的理論和試驗研（yán）究。
此外，山東大學（xué）孫傑[21]建立了基於（yú）刀具和（hé）工件剛度匹配關係（xì）的多自（zì）由度非線性動力學模型，通過模態試驗等手段分析了不同條件下刀具和（hé）工件的（de）剛度狀況，以（yǐ）及不同剛度條件下刀具和工件各自對銑削穩（wěn）定性的（de）影（yǐng）響，並繪製了銑削穩定性極限（xiàn）圖。基於多自由度動力學（xué）模型，分（fèn）析了刀具和（hé）工件模態耦合對銑（xǐ）削穩定（dìng）性的影響，獲（huò）得了典型鈦合金（jīn）薄壁件高速切（qiē）削過程不同切削加工工藝、不同工件剩（shèng）餘（yú）壁厚等多變量（liàng）對切削穩（wěn）定性的影響，以（yǐ）無顫振穩定（dìng）切削下的高材料切除（chú）率和高（gāo）加工（gōng）表（biǎo）麵質量為優化目標，建立刀具剛度與工（gōng）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（jí）機（jī）床、刀具（jù）、切削參數、走刀路徑、冷卻潤滑以及（jí）裝夾（jiá）等諸多（duō）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，主要通過采用高性能整體硬質合金刀具、控製精加工（gōng）切削餘量、采用物理仿真手段優化減小（xiǎo）切削力等（děng）方法，以保證零件的表麵粗糙度、加工硬化以及殘餘應力等滿足設計要求。但（dàn）是，針對鈦合金尤其是Ti6Al4V高速銑削切削加工的表麵（miàn）完整性研究，如在粗糙度、加工硬化和殘餘應（yīng）力的形成機（jī）理以及它們之間內在（zài）聯係（xì）方麵（miàn），還需要（yào）深入研究。
4薄（báo）壁件加工及（jí）讓（ràng）刀控製
弱（ruò）剛性零件加工是（shì）複雜的製造工藝難題（tí），而鈦合金弱剛性零件除了鈦合金材料本身所具有的難加工（gōng）特性外，其薄壁的結構特點給加工帶（dài）來了更大困難，主要表現在：（1）加工尺寸精度難以控（kòng）製。大量薄壁件的使用，特別是大尺寸薄壁（bì）件具有壁薄、腔深的特點，易產生加工變形，零件的尺寸精度難於保證；（2）表（biǎo）麵質量難以保證（zhèng）。深腔薄壁的結構特點及鈦合金（jīn）自身材料特點（diǎn）導致鈦合金（jīn）整體結構（gòu）件加工（gōng）過程中極（jí）易產生振顫（chàn），使表麵質量惡（è）化；（3）加工效率難以提高。工件（jiàn）剛性弱，易產生顫振等特點導致傳統（tǒng）的（de）鈦合金整體結構件加工隻能在低切削用量水平上進行（háng），生產周期長，成本高。
薄壁件（jiàn）加工（gōng）過程中，由於切削力的作用，刀具和工件均會產生一定的彈性（xìng）變（biàn）形。CAD/CAM係統在規劃刀具軌跡和選取工藝參數時，基於零件的理想幾何形狀（zhuàng），不考慮諸（zhū）如工件、刀具變形等（děng）因素，導致實際加工表麵與理論值存在偏（piān）差。因此加工讓刀是薄壁類零（líng）件（jiàn）的加工中***為（wéi）突出的工藝問題，國內外（wài）科（kē）研機構及有關（guān）企業均投入大量精力對薄壁件的讓刀進（jìn）行預測與（yǔ）控製。
國外的研（yán）究主要集中在，以三（sān）維銑削（xuē）力建（jiàn）模為基礎（chǔ）進行讓刀量的分析與預測（cè），其中開展研究（jiū）較早、影響（xiǎng）較為廣泛的是Yusuf Altintas[22]，他在建立銑（xǐ）削三維切削力模型的基礎上，借助有限元分析計算方法，研究了（le）整體銑刀（dāo）加工薄壁件所產生的（de）讓刀及其在（zài）工件表麵的分布。法國的Plilippe Depince[23]利用（yòng）刀（dāo）具與工件的接觸點關係，對刀具在加工過（guò）程中所表現出的彈性變形特征對工件（jiàn）表（biǎo）麵幾何加工精度的影響進行了研究，發現借助（zhù）接觸點分析獲得的讓（ràng）刀（dāo）量比傳統的隻考慮刀具（jù）讓刀所產生（shēng）的讓刀量（liàng）更（gèng）符合實際情況。
國內近年來在薄（báo）壁件切削力建模、切（qiē）削過程穩定性、工件表麵幾何（hé）精（jīng）度預測與（yǔ）控（kòng）製（zhì）、刀（dāo）具彈性變形等方麵，均開（kāi）展了較為深入的研究。其中，中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司通過整合機床、工裝、刀具及加工工藝成為高性能的切削（xuē）工藝係統，使鈦合金薄壁件的加工效率在近5年內提高了20%，是國內（nèi）極少（shǎo）數具有大尺寸鈦合（hé）金薄壁類結（jié）構件生產能（néng）力的航空企業之（zhī）一。由******863鈦合金薄（báo）壁類零件高速切削技（jì）術及應用項目資（zī）助，成飛公司與山東大學合作建立了基於石蠟基複合（hé）材料輔助加固鈦合金薄壁件高效加工的係統工藝方法，形成了包括石（shí）蠟基（jī）複合材料配方、石蠟基複合材料融化、填加、回（huí）收等在內的整套工藝，開發研製的新型鈦合金薄壁件石蠟輔助加固裝置，已申請******發明專利，能（néng）有效解決鈦合金結構件加（jiā）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（jī）複合（hé）材料輔助加固鈦合金（jīn）薄壁件加（jiā）工振動加速度比不采取加固措施條（tiáo）件下的振動加速度減小86.4%，腹（fù）板讓（ràng）刀變形減小58.6%，有效提高了超小尺寸薄壁結構（gòu）的加工能力。
盡管國內（nèi）外均針對薄壁件銑削加工的切削力、穩定（dìng）性及讓刀等方麵展開了較為深入的研（yán）究，但基於單（dān）因素的研究成果（guǒ）往往受到其（qí）它因素的製約（yuē）而不能在工程應用上發（fā）揮其效能。缺乏綜合考慮工藝係（xì）統（tǒng）、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理論來指導企業工程實際應用。因此，綜合考慮加工工藝係統的鈦合金（jīn）薄壁件高效加工（gōng）技術將是（shì）今後的主要研究方（fāng）向。
5變形控製技術研究與應（yīng）用
航空結構件加工變形可分為兩大類：結構局部變形和外形輪廓整（zhěng）體變（biàn）形。結構局部變（biàn）形主要出現在切削（xuē）加工過程中，通（tōng）常（cháng）表現為讓刀、局部彎曲等，其尺度局限在刀（dāo）具與工件的接觸區域附近。整體輪廓變形主要表現為（wéi）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（zhì）過程中的伸（shēn）長和縮短等（děng），其（qí）變形量與結（jié）構件外形輪（lún）廓尺寸成正比。大尺寸整（zhěng）體結構件加工（gōng）後往往表現為外形輪廓的整體變（biàn）形，主要由材料大量去除（chú）後（hòu）內應（yīng）力再平衡分布引起，溫度變化導致的熱脹冷縮和放置過（guò）程中的自然時效也是引起（qǐ）整體輪廓（kuò）變形的重要因素。
在（zài）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經驗。法（fǎ）國巴黎航空（kōng）工（gōng）業學院與******宇航局針對飛行器整體結構件設計與（yǔ）製造問題，聯合（hé）建（jiàn）立了專門（mén）的強度實驗室，深入（rù）研究加工變（biàn）形的（de）工藝控製（zhì）和安全（quán）校正等問題（tí）。日本的岩（yán）部洋育等針對切削力引起的薄壁零件的讓刀變（biàn）形，提出平行雙主軸加工方案（àn）[24]。Nervi Sebastian建立了毛坯初（chū）始殘餘應力引起加工變形（xíng）的數學（xué）預測模型，指出零件的***終變形（xíng）情況與毛（máo）坯初始（shǐ）應（yīng）力的分布狀態，零件在毛（máo）坯中的（de）位置和形狀密切相關[25]。
國內有關（guān）航空整體結構件的加（jiā）工變形預測（cè）及控製方麵的研究主要集中在南京航空航天（tiān）大學、北京航空航天大學、西北工業大學、浙江大學和山東大學等（děng）院校。南京航空航天大學武凱、何寧等采（cǎi）用（yòng）數值模擬技術研究了框體結構零件的腹板、側壁加工變形規律及其變形控製方案，提出了大切深（shēn）法（fǎ）和分布環切法充分利用薄壁件自身剛性以減小加工（gōng）變形，提高加工精度[26]。並且考慮到內應力的釋放（fàng）導致變形（xíng），通過應力檢測係（xì）統實時監測加工過程中（zhōng）內應力的變化（huà），據此製定優化的工藝路徑控製工件（jiàn）變（biàn）形[27]。山東大學路冬等建立了基於係統（tǒng）剛度變化的工件變形控製模型，采（cǎi）用遺傳算法與有限元方法相結合的優化方法優化夾緊點數目及位（wèi）置來（lái）控製加工（gōng）過程中工件變形[28]。對加工（gōng）後仍然存在變（biàn）形的零件采用變形校（xiào）正工藝（yì）。山東大學孫傑通過（guò）仿真和試驗手段係統（tǒng）地研究了航空結構件安（ān）全校（xiào）正理論，提出了複雜變形的（de）校正（zhèng）方法，通過機械方法對已變形零件進行校正[29]。
鑒於（yú）鈦合金整體結構件變形問題的複雜性，後續研究有以下問題需要注意：
（1）鈦合金航空整（zhěng）體結構件的變形是多因素綜合作用的結果，包括毛坯初始殘餘應力、工件結構特點（diǎn）、材（cái）料特性、工藝過程等，對不同結構（gòu）零件應進行（háng）係（xì）統分析，找出導（dǎo）致加工變形的關鍵因素，有針對性地采取控製措施。
（2）大多數薄壁件變形的研究（jiū）都是在有（yǒu）限元（yuán）的基礎上，得到了（le）薄壁結構（gòu）件加工變形的一（yī）些（xiē）規律，從而提出相（xiàng）應的變形控製工藝措施，缺少係統的理論依據，並（bìng）且在分析過程中往往隻考慮引起變形的單因素，具有一定的片麵性。
6冷卻潤滑技術研究與應用
在鈦合金（jīn）結構件數控加（jiā）工過程中，刀/工摩擦接觸區的高溫、高壓、高頻衝擊等（děng）對刀具性能提出了嚴峻考（kǎo）驗，刀具的急劇磨損往（wǎng）往是（shì）製（zhì）約切削效率提高的關鍵因素。麵對現代製（zhì）造技術在高效、低能耗、環（huán）保等方麵的高（gāo）要求，如何（hé）選用合理有效（xiào）的冷卻潤滑方式，以改善刀/工（gōng）摩（mó）擦狀態和抑（yì）製刀具（jù）磨損，從而提（tí）高加工質量和加工效率，同（tóng）時加（jiā）工過程環境友（yǒu）好，是鈦合金航空結構件數控加工冷（lěng）卻潤滑方式優化（huà）選擇時（shí）必須考慮的重要技（jì）術（shù）要素。
解決鈦合金材料的切削問題需要采用耐高溫的高性能刀具，並對切削過程中的刀具進行有效冷卻潤滑。在鈦合金（jīn）常規速度切削加工中，一般采用濕式切削，如圖5所示，以達到降低切削區溫度，進而達到延長刀具使用壽命的目的。但（dàn）切削液的製造、使用（yòng）、處理及排放要消耗大量的能源和資源，且對環境造成汙染。若采用乳化液等高速濕式切削鈦合金，由（yóu）於熱疲勞破損等反而使刀具壽命極低。目前（qián），在（zài）鈦合金高速加工中，主要采用常溫（wēn）或低溫條件下的風冷和微（wēi）量潤滑等冷卻潤滑方式，氣體介質主要有空（kōng）氣、N2、CO2等。此（cǐ）外，采用液氮冷卻高速（sù）加工鈦（tài）合金，亦可有效延長刀具壽命，但對刀具冷卻裝置要求較高，不易推廣應用。
針對鈦合金等難加工材料冷卻潤滑（huá）方式的研究，國內外諸多刀具（jù）生產廠家和高等院（yuàn）校均開展了大量的試驗研究工作。在德國，特別是（shì）諸（zhū）如達姆施塔特工業大學、亞琛（chēn）工（gōng）業大（dà）學、布倫瑞克工業（yè）大學以及多特（tè）蒙（méng）德工業大學等（děng）院校，在鈦合金（jīn）切削機理、有限元模型分析、仿真、切（qiē）削試驗和采用不同冷卻方（fāng）式（shì）等方麵均開展了一係列研究，其中，亞琛工業大學的機床實驗室（shì）（WZL）還與伊斯卡（Iscar）、肯納金屬（shǔ）（Kennametal）、山（shān）高刀具（Seco Tools）和山特維克（Sandvik）等刀具廠，密切合作開展（zhǎn）了包括高（gāo）壓冷卻等技術的研究（jiū）。從（cóng）Iscar公司（sī）提供的資料可以了解到在不同冷卻潤滑壓力下車削鈦合金時切屑成形的情況。在采（cǎi）用2MPa的壓力進（jìn）行大流量外冷卻時，產（chǎn）生成長條纏繞（rào）形的切屑；當（dāng）采用8MPa壓（yā）力的內冷卻時，切屑在高壓衝擊下被折斷成小的弧形切屑；如果采用30MPa超高壓進行內冷卻，這時就變成了針狀形切（qiē）屑。從上述實例不難看（kàn）出，通過高壓冷卻可以控製切屑（xiè）的成形，提高（gāo）切（qiē）削過程（chéng）的可靠性，並提高切削用量[30]。
我國近年來在鈦合金冷卻潤滑（huá）領域的理論研究以（yǐ）及應（yīng）用上取得（dé）了長足進步。已有研究表明，在鈦合金高速切削過程（chéng）中，采用普通切削液會（huì）加劇鈦合金材料在（zài）刀具表麵粘（zhān）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）有加重複合塗層刀具磨損的趨勢[31-32]，而傳統切削液在（zài）鈦合金（jīn）加工過程中，還會造成銑削刀具空行程驟冷，從而加劇刀具熱應力梯（tī）度，在刀具表麵形成熱裂（liè）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化碳、水及植物油霧化（huà）後的霧狀混合物（wù）作為冷卻介質的加工技術，達到冷（lěng）卻（què）、潤（rùn）滑及保護金剛石刀（dāo）具的目的[33]。此外，采用低溫氮氣射流結合微量潤滑高速銑削鈦合金時能夠較為有效（xiào）地降低銑削力、抑製刀具磨損，在低溫氮氣射流（liú）條件（jiàn）下，隻要熱裂紋的形成（chéng）與（yǔ）擴展（zhǎn）未引起刀具的崩刃及刀麵的剝落，進一步降低低溫氮氣的溫度將提高（gāo）刀具的使用壽命[34]。
近年來，微量潤滑切（qiē）削以其良好的冷（lěng）卻、潤滑、排屑以及低汙染（rǎn）等（děng）綜（zōng）合性能而（ér）受（shòu）到了工（gōng）業界的普遍關（guān）注，是高速、高（gāo）性（xìng）能切削加工采用的主要冷（lěng）卻（què）潤滑方式之一。目前，國內工業企（qǐ）業和科研院所已（yǐ）采購了大量的可配備微量潤滑功能的高速切（qiē）削機床，微量潤滑或低溫微量潤滑切削隨著現代高速切削機床的普遍使用而得到了一定程度的推廣應用。成飛公（gōng）司的數據（jù）統計表（biǎo）明，相對於（yú）濕式（shì）切削，采用低溫微量（liàng）潤滑高速切削鈦合金等難（nán）加（jiā）工材料，刀具壽命提高30%以上。
目前，國內（nèi）鈦合金高效切削專用冷（lěng）卻介質的研究（jiū）與應用還與國外存在較（jiào）大差距（jù），在生產中大規模應用的國（guó）產冷卻介質相（xiàng）對缺乏。在航（háng）空製造企業，鈦合金冷卻（què）潤滑介質主（zhǔ）要采用（yòng）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（wǒ）國航空製造企業生產的穩定發展存在一（yī）定的隱患，急需在鈦合金高效切削專用冷卻潤滑介質領域（yù）進行深入（rù）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，加強產學研合作（zuò）及科研（yán）成果的轉化，爭取早日（rì）實現優質冷（lěng）卻潤滑介質的國產化。此外，切削加工現場環境（jìng）質量安全與切削介質的環境汙染問題一直（zhí）是困擾機械製造業的難題之（zhī）一。如何在推（tuī）廣應用（yòng）高性能冷卻潤滑技術的同時，有效監測和控製切削現場（chǎng）的空氣質量（liàng），使其對人體健康的影響降低至安全可靠的標準之下，同時（shí）又能有效地提高金屬切削加工質（zhì）量與切削加工（gōng）效率，則是我國工業界和（hé）機械製造技術領（lǐng）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（jiā）強產學研合作，以及引（yǐn）進吸收國外******製造（zào）技術，對鈦合金結構件的加工工藝方法進（jìn）行了（le）係統研究，大幅度提高了鈦合金（jīn）航空結構件的加工效率與加工質量。但我國（guó）大（dà）型飛機鈦合金結構件（jiàn）的數控加工仍處於起步（bù）階段，加工效（xiào）率及質量都還明顯落後於發達******，已成（chéng）為（wéi）製（zhì）約整個飛（fēi）機研（yán）製和生產的瓶頸之一，急需通過更為深入的產學（xué）研合作提高科研水平與生（shēng）產效率，加大科研成果轉（zhuǎn）化為實際生產力的力度。
客服