為滿足隱身、長壽命以及結構輕量化等方麵的性（xìng）能要（yào）求，鈦合金結構件在現（xiàn）代飛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框、梁、壁板等，主（zhǔ）要（yào）有輪廓尺寸大、槽腔多、槽腔深（shēn）、壁薄（báo）且通常具（jù）有變斜角理論曲麵等結構特點，數控加工時材料去除率高（gāo）達90%~95%，薄壁、深槽腔特征占80%以上，為典型的（de）弱剛性（xìng）結構，加工（gōng）狀態極不穩定。由於鈦合金材料本身彈性模量低、彈性變形大、切（qiē）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，容易加劇刀具磨損甚至破（pò）損，導（dǎo）致鈦合金切削加工性較差。
在鈦合金飛機整體框、梁及大型壁（bì）板製造（zào）過程中，由於零件結構形狀複雜，外形協（xié）調性要求高，零件裝配協調麵、交（jiāo）點孔等數目（mù）多，零件製造精度要求高，加（jiā）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（zhèn）動、切削熱等（děng）多種因素的影響下，導致（zhì）在加工中容易出現讓刀、變形、振動等問題，加工質量很難控製。而鈦合金本身作為一（yī）種典型的難加工材（cái）料，對機床、刀具、加工工藝等要求極高。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削用量水平上進行，生產周期長，加工成本較高，鈦合金航空結構件的加工已成為航空製造業中複雜（zá）的製造工藝難題。
關鍵技術及其發展趨勢
1鈦合金零件工裝裝夾技術
鈦合金零件裝夾原則是：（1）粗加工階段夾緊力要大，防止在大切削力加工（gōng）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（zài）剛性好的地方，且施力點盡可能多（duō）。（3）對於剛性較差的薄（báo）壁（bì）結構零件（jiàn）應增加適當的（de）輔助（zhù）裝置，增（zēng）加整個加工工藝係統的剛性[1]。
國外大量采用了自動化（huà）程度較高的專用（yòng）夾具，如采（cǎi）用液壓（yā）可調整工裝，在加工（gōng）零件外輪廓中當切（qiē）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工零件相同的材料（liào）製造夾具、壓板，裝（zhuāng）夾時與零件形成一體，切削（xuē）過（guò）程中不必考慮避讓夾具壓板，加（jiā）工效率明顯提高[2]。
國內對鈦合金航空結構件數控加工中的工裝夾具缺少較為深入的研究和（hé）開發，更多的是采用簡（jiǎn）單（dān）機械裝夾方式。簡（jiǎn）單機械裝夾方式受（shòu）人為因素影響，夾緊力不容易控製。還有一些平麵（miàn）型單麵結（jié）構、厚度（dù）較小結構件的夾緊（jǐn）采用真空吸附方式，而真空（kōng）吸（xī）附方式（shì）對於厚度較大、雙麵結構的結構件（jiàn）吸附效果（guǒ）較差[2]。
對（duì）於剛性較（jiào）低的工件，夾緊力是引起零件變形的一個重要因素。在加工（gōng）中（zhōng），夾緊力與切（qiē）削力間的波動效應產（chǎn）生耦合作用，引起加（jiā）工殘餘應力（lì）和工件內部殘餘應力的重新分布，影（yǐng）響工件的變形。特別是薄壁零件剛性差，加工時夾（jiá）、壓的彈（dàn）性變形將影響表麵的尺寸精度和形狀、位置精（jīng）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（duì）於（yú）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（xíng）的柔性（xìng）裝夾方法，即通過測量（liàng）自由狀態下（xià）的（de）過（guò）渡外形並（bìng）調節凸台（tái）高度和頂部斜率，使得裝（zhuāng）夾係統的柔性凸台外形與零（líng）件過渡外（wài）形在自由狀態下（xià）完全貼合，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（dé）裝夾力分布均勻（如圖（tú）2所示）。
中航工業成（chéng）飛與清華大學（xué）合作，針對柔性工裝（zhuāng）以及柔性支撐部件的設計製造（zào）進行了探（tàn）索。但是，柔性工裝（zhuāng）的（de）製造成本和製造周期較長，在實際大型鈦合金結構件加工裝夾中，通常通過采用無應力（lì）裝夾方式，即在剛性（xìng）凸台上加墊片來避免（miǎn）裝夾變形，取得了較（jiào）好的應用效果。
鈦合金結構件裝夾布局優化等方麵的許多理論（lùn）和實際應用問題有待進一步研究和解決，未來主要的研究和發展趨勢包（bāo）括以下兩個方麵：一是合（hé）理（lǐ）裝夾方案的設計（jì），通過合理的裝夾方案設計有效地增加工藝係（xì）統的剛度，減少工件的變形，提（tí）高（gāo）切削加工（gōng）的穩定性；二是新的輔助支承裝夾方式的研究，對於薄壁複雜結構鈦合金零件而（ér）言，傳統采用輔助支承以增加結構（gòu）剛性的工藝手段，難以滿足高（gāo）精度的加工要求，且操作複雜、效（xiào）率低，需突破一些新（xīn）的輔助支承（chéng）裝夾方法。
2鈦合金加工刀具技（jì）術
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隨著高速切削技術的發（fā）展，高（gāo）速切削刀具材料和刀具製造（zào）技術都發生了巨大的變化，新材料、新塗層、新技術不斷湧現。然而，目前刀具（jù）技術仍是限製鈦合金等難加工材料加工效率提高的一個技術瓶頸。由（yóu）於（yú）鈦合金彈性模量低、彈性變形大、切削溫度高、導熱係數低、高溫時化學活性高，使得切削粘刀現象嚴重，容易加劇刀具磨損甚至破損，導致鈦合（hé）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（xiào）加工的關鍵技術之一。
從提高金屬去除（chú）率的角度出（chū）發，目前鈦合金航空結構件高效粗加工刀具主要有（yǒu）玉米銑刀、插銑刀（dāo）、大進（jìn）給（gěi）銑刀以及組合刀具等（如圖3所示）。其中，采用玉米、插銑刀以及組合刀具等對機床功率和（hé）扭矩有（yǒu）一（yī）定的要求，而大進給銑（xǐ）刀對機（jī）床功（gōng）率（lǜ）和扭矩以及剛性無特殊要（yào）求。已有加工應用表明，采用大進給銑刀（dāo），切削效率可有效提高（gāo）50%以上（shàng）。
從控製零件的加工精度出發，鈦（tài）合金航空結構件高效精加工刀具主（zhǔ）要為整體螺旋立銑刀，如圖4所示。采用密齒刀具（5~10齒）可以顯著改善加工表麵粗糙度，而采（cǎi）用不等齒距立銑刀，可有效提（tí）升極限切深。
隨著新型刀具材料的出現和新型刀具的不斷發展，國內外針對鈦合金（jīn）切（qiē）削加工刀具方麵，做了大量的研究工作。如T. Kitagawa等（děng）對硬質合金刀具加工鈦合金切削機理進行了研究，表明硬質合金刀具的晶粒大小以及Co元素含量的高低直接（jiē）影響其切削鈦合金時的性能，並指出YG類硬（yìng）質合金刀具更（gèng）適合（hé）加工鈦合金[3]。J. Vigneau研究了塗（tú）層刀（dāo）具切削鈦（tài）合（hé）金的切削性能，傳統的塗層多（duō）為TiC和TiCN塗層，在切削過程中Ti元素易（yì）與工件發生親和而加快刀具磨損（sǔn）速度[4]。CBN由於具有硬度（dù）高，耐熱性好而且有很高的穩定性，是高速切削鈦合（hé）金（jīn）的（de）良好刀具，這（zhè）種刀具價格比較昂貴，國內有關（guān）機構還沒（méi）有進行深入的研究[5]。在刀具結構設計方麵，G. D. Vasilyuk通（tōng）過增大刀尖圓弧半徑來增加切削阻尼，從而消除顫振[6]；C.R.LIU在（zài）切削過程中通過在線（xiàn）控製刀具前角、後角、刃傾角來抑製（zhì）顫（chàn）振[7]；德國學者V. Sellmeiert對（duì）不等齒距（jù）立銑刀穩定性進行實驗和理論研究[8]等。
國內針對鈦合金切削加（jiā）工刀具也進行了大量研究。在（zài）多項******基礎科研項目（mù）的支持下，成飛公司數控廠（chǎng）與多家國內高校合作（zuò），在鈦合金高速、高效切削刀具方麵，研究了刀具與工（gōng）件的組（zǔ）成成份之間的元素擴散、化學反（fǎn）應以及相互粘結（jié）和（hé）熔解，並建立了切削刀具與鈦合金材料（liào）力學（xué）、物理和化學性能的合理匹配關係（xì）模型和匹配（pèi）設計理論；研（yán）究（jiū）了高速切削條件下的刀具磨損與破（pò）損機理，以及不同冷卻方式對鈦（tài）合金加（jiā）工切削性能及刀具壽命的（de）影響，建立了鈦合金高速加工刀具壽（shòu）命模型；基於刀具和工件剛（gāng）度匹配關（guān）係的多自由度非線性動力學模型（xíng），以無顫振穩定切削下的（de）高（gāo）材料切除率和高加工表麵質量為優化（huà）目標，建立刀具剛度與工件剛度的匹配關係模型[9]；通過對硬質合（hé）金（jīn）立銑刀（dāo）螺旋角（jiǎo）及齒（chǐ）間角對高速加工振動的（de）影響研究，發現（xiàn）采用非對稱結構的變（biàn）齒（chǐ）間角（jiǎo）及變槽深（shēn）結構，可（kě）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加工的整體硬質合金刀具[10-13]。
綜合成飛公司數控廠在鈦合（hé）金高速、高效加工方麵的技術（shù）積累與經驗總結，實現（xiàn）鈦合金高速、高效與（yǔ）高精度加工所需突破的關鍵技術包括以（yǐ）下幾個方麵：鈦合金高速切（qiē）削加工刀具，減小敏感方向切削（xuē）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（qiú）；鈦合金刀具材料、結構需降低鈦合金高速加工過程中的粘（zhān）結、擴散磨損，提（tí）高刀（dāo）具壽命；鈦合金高速加工刀具冷卻需充分（fèn），降（jiàng）低切削溫度以提高刀具壽命。
總之，鈦合金等難加工材（cái）料的高速、高效與高精（jīng）度切削加工對刀具材料與（yǔ）結構提出了特殊的要求，發展新型刀具關係著切削生產率（lǜ）的進一步（bù）提高（gāo）。發展新型鈦合（hé）金高速、高效切削刀具，在材料方麵***主要的性能要（yào）求應是具有（yǒu）更高的（de）強度（dù）、硬度、化學穩定性、耐（nài）熱（rè）性、耐磨性以及抗塗層破裂（liè）性能等；在結構（gòu）設計方麵（miàn）應增強刀具的減振（zhèn）、抗振性能，通過刀具結構的優化與改進能保（bǎo）證更充分的冷卻，降低切削加工時的溫度（dù），提（tí）高切削（xuē）速度和刀具壽命。
3加工表（biǎo）麵質量控製技術
鈦合金零件（jiàn）表麵質量的優劣關係到其使用（yòng）壽命和性能，是高速高效切（qiē）削的重點關注領域。飛（fēi）機零件（jiàn）由於設計結（jié）構的（de）要求，常（cháng）需要多（duō）種刀具進行切削加工，刀具之間的接痕（hén）使得零件加工表麵質量不穩定，同時（shí）由於對切削參數缺少係統的研究也對零件表（biǎo）麵加工質量產（chǎn）生較大影響。針對表（biǎo）麵粗糙度、硬度和殘（cán）餘應力的研究是表麵質量（liàng）研究（jiū）的（de）重要內容。
表麵粗糙度研（yán）究方（fāng）麵：在（zài）切（qiē）削過程中，不僅刀具工件相對運動、刀具幾何參數對（duì）粗糙度具有影響，振（zhèn）動、刀具磨損、切（qiē）削（xuē）變形、切削（xuē）熱等因素也不可忽視。H. Parisn[14]考慮加（jiā）工係統的動力（lì）學特點，建立了高速銑削（xuē）表麵粗糙度的（de）預測模型。山東（dōng）大學陳建嶺[15]等通過試（shì）驗研究了銑削（xuē）參數對粗糙度、表層微觀組織的影（yǐng）響。綜合工件與（yǔ）刀具相對運動的幾何特征（zhēng），建立了鈦合金（jīn）銑削加工表麵粗糙度（dù）的理論模型，揭示了其（qí）形成機理。
加工硬化（huà）研（yán）究方麵：在切削加工中，由於材料（liào）塑性變（biàn）形強化和熱軟化的綜合作（zuò）用，使（shǐ）已（yǐ）加工表麵產生加工硬化（huà）現象。加工硬化對材料（liào）疲（pí）勞強度和耐磨性具有（yǒu）影響（xiǎng）。20世（shì）紀50年代，Oxley[16]等學者就開始（shǐ）了加工硬化研究，在直角切削模型中考慮了加工影響現象。C. R. Li[17]應用有限元方法研究了（le）低速加（jiā）工工件（jiàn）表層硬度分布，建立了以（yǐ）剪切麵長度為已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（qǐ）的殘餘（yú）應力對零部件變形、應力腐蝕和疲勞壽命具有重要影（yǐng）響。N. Fang[18]等研（yán）究了刀具幾何形狀（zhuàng）對（duì）殘餘應力的影響。日本學（xué）者米穀茂[19]對車削加工（gōng）工件已加工表麵殘餘應力產生機理進行了研（yán）究。國內華南理工大學[20]在20世紀80~90年代較（jiào）早地開始（shǐ）了切削加（jiā）工殘餘應力產生機理（lǐ）的理（lǐ）論和試驗研究。
此外，山東大學孫傑[21]建立了基於刀具和工件（jiàn）剛度匹（pǐ）配關係的多自由度（dù）非線性動力學模型，通過模態試驗等手段分（fèn）析了不同條件下刀具和工件的剛度狀況，以及不（bú）同剛度條件下刀具和工件各自對銑削穩定性的影響，並繪製了銑削穩定性極限圖。基於多自由度動力學模型，分析（xī）了（le）刀具（jù）和工件模態耦合對銑削穩定性的影（yǐng）響，獲得了典型鈦合金薄壁件高速切削過程不同切削（xuē）加工工藝、不同工件剩餘（yú）壁厚等多變量對切削穩定性的影響（xiǎng），以無顫振穩定（dìng）切（qiē）削下的高材（cái）料切（qiē）除率和高加工表麵質量為優化目標，建立刀具剛度與（yǔ）工件剛度的匹配關（guān）係模（mó）型。
總之，鈦合金結構件表麵質量控製技術涉及機床、刀具、切削參數（shù）、走刀路徑、冷卻潤滑（huá）以（yǐ）及裝夾等諸多方麵。目前（qián），成飛在進行鈦合金結構件表麵質量（liàng）控製技術研究方麵，主要通過采用（yòng）高性能整體（tǐ）硬質合金刀具、控製精加工切削餘量、采用（yòng）物理（lǐ）仿（fǎng）真手段優化（huà）減小切削力等方法，以保證零件的表麵粗糙度、加工硬化以及殘餘應（yīng）力等滿足設計要求（qiú）。但是，針對鈦合金尤其是Ti6Al4V高速銑削（xuē）切削加工的（de）表麵（miàn）完整性研究（jiū），如在粗糙度、加工硬化和殘餘應力的形成機理以及它們之間（jiān）內在聯係（xì）方麵，還需要深入研究。
4薄壁件加工及讓刀控製
弱剛性零件加工是複雜的製造工藝難題，而鈦（tài）合金弱剛性（xìng）零（líng）件除了鈦合金材料（liào）本身（shēn）所具有的難加工特性外，其薄壁的結（jié）構特點給（gěi）加工帶來了更大困難，主（zhǔ）要表現在（zài）：（1）加工尺寸精（jīng）度難以控製。大量薄壁件的使用，特別是大尺寸薄壁件具有壁薄、腔深的特點，易產生加工變形，零件的尺寸精（jīng）度難於保證；（2）表麵質量難以保證。深腔薄壁的結構特點及鈦合（hé）金自身材料特點導（dǎo）致鈦合金（jīn）整體結構件加工過程中極易產生振（zhèn）顫（chàn），使表麵質量惡化；（3）加工效率難以提高。工件剛性弱，易產生顫振等特點導致傳統的鈦合金整體結構（gòu）件加（jiā）工隻能在低切削用量水平上進行，生產周期長，成本高。
薄壁件加工過程中（zhōng），由於切削力的作用，刀具和工件（jiàn）均會產生一定的彈性（xìng）變形。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（hé）形狀，不考慮諸如工件、刀具變形等因素，導（dǎo）致實（shí）際（jì）加工（gōng）表麵與理論值存在偏差。因此加工讓刀是薄壁類零件的加工中***為突出的工（gōng）藝問題，國內（nèi）外科研機構及（jí）有關企（qǐ）業均（jun1）投入大量精力對薄壁（bì）件的（de）讓刀進行預測與控製。
國外的研究主要集中在，以三維銑削力建模為基礎進（jìn）行（háng）讓刀（dāo）量的分析與預測，其中開展研究較（jiào）早、影響較為（wéi）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，借助有限元分析計算方法，研究了整體銑刀加工（gōng）薄壁件所產生的讓刀及其在工件表麵（miàn）的分布。法國的Plilippe Depince[23]利用刀具與工件的接觸點關係，對刀具在加工過程中所表現出的彈性變形特征對工件表麵幾何加工精度的影響進行了研究，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（ràng）刀所產生的讓（ràng）刀量更符（fú）合實際情（qíng）況。
國內近年來在薄壁件切削力建模、切削過程穩定性（xìng）、工（gōng）件表麵幾何精度預測與控製、刀具（jù）彈性變形等方麵，均開展了較為深入的研（yán）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（xìng）能的切削工藝係統（tǒng），使鈦合金薄壁件的加工效率在近5年內提高了20%，是國內極少數具有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（hé）金薄壁類零件（jiàn）高速切削技術及應用項目資助，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（de）係統工（gōng）藝方法，形成了包括石蠟（là）基複合材料配方、石蠟基複合材料融化、填加、回收等在內的整套（tào）工藝，開發研（yán）製的新型鈦合金薄壁件石（shí）蠟輔助加固裝置，已申請（qǐng）******發明專利，能有效解決鈦合金結構件加工（gōng）難題，實現加工成型，減小鈦合金薄壁件切削加工過（guò）程中的振動（dòng）。試驗數據表明：采用石蠟基複合材料輔助加固（gù）鈦合金薄壁件加工振動加速度（dù）比不采取（qǔ）加（jiā）固措施條（tiáo）件下的振動加速度減小86.4%，腹板讓刀變形（xíng）減小（xiǎo）58.6%，有效提高了超小尺寸薄壁（bì）結構的加工能力。
盡管國內（nèi）外均針對薄壁件銑削加工（gōng）的切削力、穩定性及讓刀等方麵展開了較為深入的研究，但（dàn）基於單因素（sù）的研究成果往往受到其（qí）它因素的製約而不能在工程應用上發揮其效能。缺乏綜合考（kǎo）慮（lǜ）工藝（yì）係統（tǒng）、加工參（cān）數、加工刀具、工裝夾（jiá）具的鈦（tài）合金薄壁件高效加工係統理（lǐ）論來指導企（qǐ）業工程實際應用（yòng）。因此，綜合考慮加工工藝係統的鈦合金薄壁件高效加工技術將是今後的主要研究方向。
5變形控製技術研究與（yǔ）應用
航空結構（gòu）件加工變形可分為兩大類：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過程中，通常表（biǎo）現為讓（ràng）刀、局部彎曲等，其尺度局限（xiàn）在（zài）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（qǔ）以及零（líng）件放（fàng）置過（guò）程中的伸長和縮短等，其變（biàn）形量與（yǔ）結構件（jiàn）外形輪（lún）廓尺寸成正比。大尺寸整體結構件加工（gōng）後往往表現為外形輪（lún）廓的整體變形，主要由（yóu）材料大量去除後內應力再平衡（héng）分布引起，溫度變化導致的熱脹冷縮和放置過程中的自（zì）然時效也是（shì）引起整（zhěng）體輪廓變形的重要因（yīn）素。
在美國、西歐和日本（běn），對鈦（tài）合金結（jié）構件的加工（gōng）變形控製（zhì）已積累一定的經驗（yàn）。法國巴（bā）黎航（háng）空工業學院與******宇航局針對飛（fēi）行器整體結構件設計與製造問（wèn）題，聯合建立了專門的（de）強度實驗（yàn）室，深入（rù）研究加（jiā）工變（biàn）形的工（gōng）藝控製（zhì）和安全（quán）校正等問題。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形，提出平行雙主（zhǔ）軸（zhóu）加工方案[24]。Nervi Sebastian建立了毛（máo）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***終變形情況與毛坯初始應力的分布狀態，零件在（zài）毛坯中的位置和形狀密切（qiē）相（xiàng）關[25]。
國內有關航空整體結構件的加工變形預測及控製方麵（miàn）的研究主（zhǔ）要集中在南（nán）京航空航天大學、北京（jīng）航空航天大學、西北工業大學、浙江大學和山東大學等院校。南京航空航天大學武凱、何寧等采用數值模擬技術研究了框體結構零件的腹板、側（cè）壁加工變形規律及其變形控製方案，提出了大切深（shēn）法和分布環切法充分利（lì）用薄壁件自身剛性以減小加工變形，提高加工精度[26]。並且（qiě）考慮到內（nèi）應力的（de）釋放導致變形，通過（guò）應力檢測（cè）係統實時監測加工過程中內（nèi）應力的變化，據此製定優（yōu）化的工藝路徑控製工件變形[27]。山東大學路冬等建立了基（jī）於係統剛度變化的工件變形控製模（mó）型，采用遺傳算法與有限元（yuán）方法相結合的優化方法優化夾緊點數目及位置來控製加工過程中工件變形[28]。對加工後仍然存在變形的零件采用變形校正工（gōng）藝。山東大學孫傑通過仿真和試驗手段係統地研究了航空結構件安全校正理論，提出了複（fù）雜變形的校正方法，通過機械方法對已變形零件進行校正[29]。
鑒於鈦合金整體結構件變形問題的複雜性，後（hòu）續研究有以（yǐ）下問題需要注意：
（1）鈦合金航（háng）空整體結構件（jiàn）的變形是多因素綜合作用的結果，包（bāo）括毛坯初始殘餘應力、工件（jiàn）結（jié）構特點、材料特性、工藝過程等，對不同結（jié）構零件應進行係統分析，找出導致（zhì）加工（gōng）變形的關鍵因素，有針對性地采取（qǔ）控製措施。
（2）大（dà）多（duō）數薄壁件變形的研究都是在有限元的基（jī）礎上，得到了薄壁結（jié）構件加（jiā）工變形的一（yī）些規律，從而提（tí）出相應的變形控製工藝措（cuò）施，缺少係統的理論依據（jù），並且在分析過程中往往隻考慮引起變形的單因素，具有一定（dìng）的片麵性。
6冷卻潤滑（huá）技術研（yán）究與應用
在鈦合金結構件數控加工過程中，刀/工摩擦接觸區（qū）的高溫、高壓、高頻衝擊等對（duì）刀具性能提（tí）出了嚴峻（jun4）考驗，刀具的急劇磨損往往是製約切削效（xiào）率提（tí）高（gāo）的關鍵因素。麵對現代製造技術在高（gāo）效、低能（néng）耗、環保等方麵的高要求，如何選用合理（lǐ）有（yǒu）效（xiào）的冷卻（què）潤滑方式，以改善刀/工摩擦（cā）狀態和抑製刀具磨（mó）損，從而提高（gāo）加工質量和加工效率，同時加工（gōng）過程環境友好，是鈦合金航空結構件數控（kòng）加工（gōng）冷卻潤滑方式優化選擇時必須考慮的（de）重要技術要素（sù）。
解決鈦合金材料的切削問（wèn）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（rùn）滑。在鈦合金常規速度切削加（jiā）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（dāo）具使用壽命的目的。但切削液的製（zhì）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，由於熱疲勞破損等反而使刀具壽命極低。目前，在（zài）鈦合金（jīn）高速加工中，主要采用常溫或（huò）低溫條件下的風（fēng）冷和微量潤滑等冷（lěng）卻潤滑方式，氣體介質主要有空氣、N2、CO2等（děng）。此（cǐ）外（wài），采用液氮冷（lěng）卻高速加工鈦合金，亦可有效延長刀（dāo）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方式的研究，國內外（wài）諸多刀（dāo）具生產廠家和高等院校均開展了大量（liàng）的試驗研究工作。在（zài）德國，特別是諸如達姆施塔特（tè）工業大學、亞琛工業大學、布倫瑞克工業（yè）大學以及多特蒙德工業大學等院校，在鈦合金切（qiē）削機理、有限元模型（xíng）分析、仿真、切削試驗和采用（yòng）不同冷（lěng）卻方式等方（fāng）麵均開展了一係列（liè）研究，其中，亞琛工業大學（xué）的機床實驗室（WZL）還與伊斯卡（Iscar）、肯納金屬（shǔ）（Kennametal）、山高刀具（jù）（Seco Tools）和山特維克（Sandvik）等刀具廠，密切合作開展了包括高（gāo）壓冷卻等（děng）技術的研究。從Iscar公司（sī）提供的資料可以了解到在不同冷卻潤滑（huá）壓力下車削鈦合金時切屑成形的情況。在采用2MPa的壓力進行大流量外冷卻時，產生成（chéng）長條纏繞形的（de）切屑；當采用8MPa壓力的內冷卻時，切屑在高壓（yā）衝擊下被（bèi）折斷成小的弧形切屑；如（rú）果采用30MPa超高壓（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（xiè）的成形，提（tí）高（gāo）切削過程的可靠性，並提高切削（xuē）用量[30]。
我國近年來在（zài）鈦合（hé）金冷卻潤滑領域的（de）理論研（yán）究（jiū）以（yǐ）及應用上取得了（le）長足進步。已有研究表明，在鈦合金高速切削過程（chéng）中（zhōng），采用（yòng）普通切削液會加劇鈦合金（jīn）材料在刀具表（biǎo）麵粘結層的剝落頻率，加重刀具塗層的粘結剝離，因而普通切削液有加重複（fù）合塗層刀具磨損的趨勢[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，從而加劇刀具熱應（yīng）力梯度，在刀具表（biǎo）麵形成熱裂（liè）紋加劇刀具磨損破損，故（gù）而在使用金剛石刀具切削鈦（tài）合金零（líng）件時，可使用一種新型（xíng）的以二（èr）氧化（huà）碳、水及植物（wù）油霧化後的霧狀混合物作（zuò）為冷（lěng）卻介質的加工技術（shù），達到冷（lěng）卻、潤滑及保護金剛石刀（dāo）具的目的[33]。此外，采用低溫氮氣（qì）射流結合微量潤滑高速銑削（xuē）鈦合金時能夠較為有效地降低銑（xǐ）削力、抑製（zhì）刀具磨損，在低溫氮氣射流條件下，隻（zhī）要熱（rè）裂紋的形成與擴展未引起刀具的崩（bēng）刃及刀麵的剝（bāo）落，進一步降低低溫氮氣的（de）溫度將提高（gāo）刀具的使用壽（shòu）命[34]。
近年來，微量潤滑切削以其良好的冷卻、潤滑、排屑以及低汙染等綜合性能（néng）而受到了工業界的普遍關（guān）注，是高速、高性（xìng）能切削加（jiā）工采用的主要冷卻（què）潤滑方式之一。目前，國（guó）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能的高速切削機床，微量潤滑或低溫微量潤滑切削（xuē）隨著現代高速切削（xuē）機床的普遍使用（yòng）而得到了一定程度的推廣應用。成飛公司的數據統計表明，相對於濕式切削，采用（yòng）低溫微量潤滑高速切削鈦合（hé）金等難加（jiā）工材料，刀具壽命提高30%以（yǐ）上。
目前，國內鈦合金高效切削專用冷卻介質的研究（jiū）與（yǔ）應用還與國外存在較大（dà）差距，在生產中大規模應用的國產冷卻介（jiè）質相對缺乏（fá）。在航空製造企業，鈦合（hé）金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（jǐn）增加了生產成本，而且對我國航空製造企業（yè）生產的穩（wěn）定發展存在一定的隱患，急需在鈦合金高效切削專用冷卻潤滑（huá）介質領域進行深入係統的研究，充分利用高效、低汙染、可持（chí）續發展的新型冷卻潤滑（huá）介質，加強產學研合作及科研成果（guǒ）的轉化，爭取早日實現優（yōu）質冷卻潤滑介質（zhì）的國產化。此（cǐ）外，切削加工現場環境質量（liàng）安（ān）全與（yǔ）切削介質的環境汙染問題一直是困擾機械製（zhì）造業的難題之一。如何（hé）在推廣應用高性能冷卻潤滑技術的同時，有效監測和控（kòng）製切削現場的空氣質量，使（shǐ）其對人（rén）體健康的（de）影響降低至安全可靠的標準之下，同時又能（néng）有效地提高金屬切削加工質量（liàng）與切削加工效（xiào）率，則是我國工業界和機械製造技術領（lǐng）域（yù）所必（bì）須重點關注的問題。
結束語
我國航空（kōng）製造企業近年來通過加強產學研合作，以及引進吸收國外******製造技術，對鈦合金結構件的加工工藝方法進行了係統研究，大幅度提高了鈦合金航空結（jié）構件的加工效率與加工質量。但我國大型飛機鈦合（hé）金（jīn）結構件的數控加工仍處於起步階段，加工效率及質量（liàng）都還明顯落後（hòu）於（yú）發達******，已成為製約整個飛機研製和生產的瓶頸之一，急需通過更為深（shēn）入（rù）的產學研合作提高科研水平與生產效率，加大科研成果轉化為實際生產力的力度。
客服（fú）