钛合金框架加工工艺的相关探索

田成良 张银洪 曹寿林

青海聚能钛业股份有限公司 青海西宁 810007

钛合金作为一种应用于航天行业中的主要材料，重量轻盈、强度高，钛合金材料本身强度极高，具有耐高温、耐腐蚀的优点，可以完美地开展焊接工作，因此在航天行业获得广泛应用。当前，钛合金材料在飞机发动机制造中获得合理应用，通过科学、合理地使用，能够为航天行业的安全、稳定、快速发展创造良好条件。随着机械加工技术的不断发展，各种零件日趋薄壁化、小型化与曲线化，在钛合金框架加工过程中，应准确把握加工难点，设计完善的加工方案，全面优化加工工艺，做好焊接加工作业[1]。

1 准确把握加工难点

从整体结构来看，钛合金框架的形状较为复杂，壁厚也不是特别均匀，在加工过程中容易出现变形问题。做好钛合金框架加工作业，则必须准确把握加工难点，创新加工工艺，合理设计夹具，确保焊接工装质量。某钛合金框架的材料是TC4 钛合金，框架长是374.3 毫米，宽为296 毫米，厚度是51.16 毫米，形状构造复杂。在该框架中，壁厚的最薄处是3 毫米，其外形是半径为1443 毫米的大圆弧曲面。钛合金框架材料自身也属于难加工材料，因而，在整体加工过程中很容易出现变形问题，加工时间也很长，成本很高，也会影响产品的交货周期。控制这一系列问题，首先要设计精确地三维图，设计出某钛合金框架三维图的正面与反面。

该钛合金框架的大圆弧曲面上分布着和曲面相垂直的螺纹孔，技术人员在加工过程中对工艺进行了多项创新，不仅提高了加工效率，而且降低了成本。

2 设计完善的加工方案

在设计钛合金框架加工方案的过程中，应仔细分析零件结构，对原零件和加工过的零件进行查看。在某钛合金框架加工过程中，技术人员将零件拆分为零件1 和零件2，通过焊接使之成形。然后，通过设计焊接夹具来控制变形问题，采用这种方式节约了三分之二的材料，节省了100 小时的时间成本。其次，对于大圆弧与复杂的曲面上进行钻削以及为曲面钻削垂直孔作业，技术人员采用了设置三轴加工中心的方法，以此达到在大圆弧曲面和孔轴线相交的位置进行中心孔钻削，同时避免中心孔轴线和大圆弧曲面法线发生冲突。接着，在大圆弧曲面法线和大圆弧内部的支撑区域设置圆弧夹具，使钻削孔和大圆弧法线保持一致的方向，钻削孔完毕后，如果发现孔距偏大，就要进行试装。最后，技术人员将零件的最大孔距设计为290 毫米，公差是±0.15 毫米。需要注意的是，在设计夹具时，要将上下圆弧夹紧，设计10 件圆弧夹紧块，制定圆形钻套和巨型钻套，依次设计左矩形钻套压、左矩形钻套压板螺钉、零件1 夹紧螺钉、钻模板、右矩形钻套压板、9 块左右圆弧夹紧块、上下定位销和半径1433 毫米的圆弧垫铁[2]。

3 全面优化加工工艺

优化钛合金框架加工工艺，必须细化零件加工流程。在钛合金框架加工过程中，零件1 的加工流程包括备料、热处理、铣削、电切削、钻削、攻螺纹、组装焊接和铣削；零件2 的加工流程有三步——备料、热处理、铣削。在加工钛合金框架的过程中，应恪守安全化、创新化、实时性、准确性和信息化原则。为了确保钛合金框架的安全性，提高钛合金框架的安全质量，做好零件设计制造工作，必须遵守安全化原则，绘制精确地模型图，准确计算相关参数，确保零件加工的精确性。顺应科技发展目标，打造独特的中国钛合金产品，推动中国钛合金制造业的发展，必须坚持创新化原则，充分利用一切先进技术设计中国钛合金产品，优化零件安全生产管理体系，不断改善产品功能。实时性原则要求在零件产品制造管理过程中，必须充分借助信息网络技术全面实现各零件组装的高效对接，以便于提升零件设计制造工作的实效性。其次，必须在零件产品设计制造中量化零件产品质检模块、启用模块和维修模块。准确性原则要求在零件产品设计制造和自动化管理过程中，应努力提升零件制造业生产效益，采用科学技术进行生产管理，针对不同组零件的特点，准确定位管理监测系统功能。信息化原则特指充分利用信息化技术提升自动化加工水平，改善零件设计方案，优化零件产品结构与功能。对于零件设计信息管理系统而言，带有整体加工信息与钛合金框架加工流程，并方便于技术人员应用，自身具备良好的交互性，各功能展开简明的提示，将误操作现象降低。

4 做好焊接加工作业

在焊接夹具时，技术人员将零件1 与零件2 相机装入焊接夹具之中进行定位，然后实施夹紧，接着将夹具放置在氩弧焊的操作平台上，牢固焊接两个零件的连接部位，并实施翻面。不可忽视的是，因为要在焊接底板上设计和两个零件连接部位所对应的焊接窗口，所以必须焊透反面，也就是在反面再一次焊接，这样方能使两个零件能得以稳固连接。

其次，在必要时刻，需要对焊接过程进行智能化设计与监控。智能化是运用人工智能技术、计算机网络技术和运筹学来推动夹具焊接智能化发展，在夹具设计与焊接工作中，智能化技术能够模仿人类的思维，具备推理判断能力，降低人工操作失误率，加强夹具设计与焊接智能化建设。此外，智能化技术能够优化夹具接口，改善夹具功能[3]。

5 结语

综上所述，钛合金框架的形状较为复杂，壁厚也不是特别均匀，在加工过程中容易出现变形问题。做好钛合金框架加工作业，则必须准确把握加工难点，创新加工工艺，合理设计夹具，确保焊接工装质量。其次，应仔细分析零件结构，对原零件和加工过的零件进行查看。与此同时，须全面优化钛合金框架加工工艺，量化零件加工流程，恪守安全化、创新化、实时性、准确性和信息化原则，做好零件设计制造工作，绘制精确地零件模型图，准确计算相关参数，确保零件加工的精确性。另外，要做好夹具焊接工作，确保两个零件焊接的稳固性。