发布时间： 2026-04-16 16:45:33 浏览次数：

Ti55531是一种新兴的近β型超高强度钛合金，以韧性高、塑性低和耐腐蚀性受到重视。特别适合制造承受巨大应力的结构件和起落架、机翼、发动机挂架之间的连接装置等，在航空、航天工业中日益受到青睐[1]。国内、外关于超高强度钛合金的报道仅仅停留在性能研究上，研究重点也仅仅局限于强度和工艺性能的提高，缺少对其加工工艺的系统研究。目前最新研制的某型机起落架上的车架横梁，采用了Ti55531钛合金材料作为重要承力件，尚属国内首次应用，该零件采用了模锻技术，锻件供应状态为固溶+时效，与已经成熟运用的钛合金TC6和TC18相比，对Ti55531钛合金材料的金属切削性能知之甚少。

为此，对Ti55531钛合金材料的机械加工流程、刀具的选择及车削、铣削参数的确定及优化等进行了研究。交付了满足设计要求的Ti55531钛合金横梁产品，在同行业中属于领先水平，总结出的经验对后续产品的加工具有借鉴意义。

1、工艺难点

[1]Ti55531同TC18相比，都是近β型钛合金，但Ti55531钛合金以较高的韧性、塑性和耐腐蚀性而著称，热处理强度不低于1240MPa，远比TC18的强度高，属于近几年国内正在研究的新型超高强度[1 250 MPa~ 1 400 MPa]钛合金材料，在国内用于产品制造尚属首次。

[2]从目前公开的资料来看，国内外关于超高强度钛合金仅仅停留在性能研究上，研究重点也仅仅局限于强度和工艺性能的提高，对于材料的切削性能改善、刀具系统加工工艺方面缺少系统研究

[3] Ti55531钛合金车架横梁结构属于回转体，涉及的工艺包括深孔钻镗、车削和数控铣削技术，产品采用整体模锻，来料供应状态为固溶+时效，相对于实现规模化工程运用的退火态TC6和TC18起落架零件，Ti55531钛合金锻件塑性更低，由于钛合金本身导热系数低、加工硬化倾向高等特性，在机加过程中易造成刀具切削力大，切削温度高，刀具易磨损，寿命低和粘刀，存在零件烧伤和应力集中等潜在风险。

2、方案设计

所加工的零件为车架横梁，如图1所示，零件包容体尺寸为1550mmx290mmx315mm，零件重量102.89kg。

根据其特点，确定该产品的加工流程如下:

领料→划线→数控镗→车工→超声波→深孔→数控车→车铣→吹砂→去应力回火→数控车→数控镗→钳工→清洗→称重→总检→渗透检查→喷丸→吹砂→成检→防护入库

3、机加工艺

根据车架横梁的产品结构[回转体]，结合其制造精度要求和设备现状，在模锻设计时，新增工艺圆凸台，用于深孔加工，涉及的主要制造设备包括深孔钻镗床、数控车床和数控加工中心或车铣复合，工艺制造技术包括深孔钻镗工艺、车削工艺、钳工技术和数控加工，实现产品的制造根本在于制造技术的支持，在于刀具的优化选择和工艺参数的匹配。

3.1刀具对比选择

根据Ti55531材料的性能，参考使用TC18比较成熟的切削参数，选择不同刀具的原材料，几何形状[影响表面质量、排屑效果、刃口强度、毛刺、振刀等]进行试切加工，根据刃口寿命确定合适加工Ti55531材料的刀具。图2所示。

在相同的切削参数下使用不同刀具的加工对比如表1、表2.

表1 相同切削参数不同刀具情况下车削加工对比数据

	切削参数		刀具使用寿命t[min]
转速s /[r/min]	进给f /[mm/d	切深a, /mm	DNMG150604MS [KC5510]	DNMG441-PP DCMT11T304-SM [IC907] [GC 1030]
60 r/min	0.2 mm/r	0.5~1 mm[粗] 0.2~0.5mm[精]	30-40 min	40~50 min 20~30 min

表2 相同切削参数不同刀具情况下铣削加工对比数据

	切削参数		刀具使用寿命t[min]
转速s /[r/min]	进给f /[mm/d]	切深ap /mm	R210-140614E-MM [GC 104O]	FTP LNHT 1006ER [GC 1040]	P26335-R25 [WSM35]
150 r/min	300 mm/r	1mm	80~110 min	120~150 min	30~50 min

在相同的切削参数下，从表1中可以看出，车刀DNMG441-PP比车刀 DNMG150604MS和车刀DCMT11T304-SM的刃口寿命要长一些。从表2中可以看出，铣刀FTP LNMT 1006ER比铣刀R210-140614E-MM和铣刀P26335-R25的刃口寿命要长1倍多。

依据以上结论并结合实际加工情况，去除余量主要最大的加工方法是铣削和车削,因此,车削时主要选择车刀 DNMG441-PP,铣削时粗加工主要选择铣刀FTP LNMT 1006ER.

3.2切削参数合理选用

在对Ti55531材料进行试切加工过程中，若切削参数选择的不合理，刀具就会磨损的相当严重，见图3所示。

为了能较快地得到合理的切削参数，借鉴了与其材料性能相近的TC18的切削参数进行对比。表3、表4和表5分别使用同一款刀具在Ti55531材料进行切削参数对比。

表3车削的切削参数对比

进给量/[mm/d]	切削时间/h
0.05	2.1
0.1	1.8
0.15	1.2
0.2	0.6
0.05	1.9
0.1	1.6
0.15	0.9
0.2	0.4
0.05	1.7
0.1	1.3
0.15	0.9
0.2	0.4
0.05	1.5
0.1	1.1
0.15	0.8
0.2	0.3
0.05	1.4
0.1	1
0.15	0.7
0.2	0.3
0.05	1.1
0.1	0.7
0.15	0.5
0.2	0.2

表4端铣刀的切削参数对比

零件材料	转速 /[r/min]	切深/mm	切宽/mm	进给量 /[mm/min]	切削时间/h
		1.5		600	1.5
			15~50	400	1.8
				300
	120	1		600	1.7
			15~50	400	1.9
				300	2.1
		1.5		600	1.1
			15~50	400	1.5
				300	1.7
Ti55531	150	1		600	1.5
			15~50	400	1.7
				300	2
	180	1.5		600	0.4
			15~50	400	0.7
				300	1.1
		1		600	0.6
			15~50	400	1
				300	1.4

表5表5球头铣刀的切削参数对比

零件材料	转速 /[r/min]	切深/mm	切宽/mm	进给量 /[mm/min]	切削时间/h
Ti55531				100	2.1
	400	0.5~1.5	0.8~1.2	160	2
				260	1.8
				200	2
	600	0.5~1.5	0.8~1.2	250	1.9
				350	1.7
				200	1.9
	800	0.5~1.5	0.8~1.2	300	1.3
				400	1

从表3、表4和表5及实际加工时发现，车削时切削深度不应大于1mm，否则刀具的刀尖极易崩裂，同时也发现加工Ti55531的切削用量都要比加工TC18的切削用量低。因此经过试切后，得到了表6所示的较合理的切削参数。根据该参数，加工完成了合理的车架横梁，如图4所示。通过工艺验证，外形的粗加工和半精加工时间约在20天。

表6车削、铣削参数

切削类型		切削速度	切削深度	进给量
车削	车外圆	28~50 m/min	0.2~1 mm	0.05~0.15 mm/r
车削	镗内孔	25~45 m/min	0.2~1mm	0.05~0.15 mm/r
铣削	粗加工	20~30 m/min	0.5~1.5 mm	200~400mm/min
铣削	精加工	35~55 m/min	0.3~1mm	150~350 mm/min

4、结论

在优选刀具的基础上，作了大量的转位刀具切削试验，初步掌握了Ti55531钛合金新型材料的高效加工技术，加深了对材料加工特性认识，选择了适合于Ti55531钛合金高效加工的刀具，摸索出可转位刀具加工Ti55531钛合金的合理切削参数，降低了生产成本，提高了生产效率。

参考文献:

[1]官杰，刘建荣，雷家峰.TC18钛合金的组织和性能与热处理制度的关系[J].材料研究学报，2009,23[1]:77.

[2]周泽华.金属切削原理[M].广州:华南理工大学，1984.

[3]赵永庆.国内外钛合金研究的发展现状及趋势[D].西安:西北有色金属研究院，2009.

[4]付艳艳，惠松骁，叶文君，等.冷却速度对VST55531钛合金的纤维组织和力学性能的影响[D].北京:北京有色金属研究总院，2010.

（注，原文标题：Ti55531钛合金车架横梁机械加工工艺研究_施晓颖）

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