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（鈦合金螺絲）是碳纖維復合材料以及(ji)鈦合金之間(jian)的(de)必要(yao)連接(jie)件。現(xian)階段，鈦合金以及(ji)復合材料的(de)運(yun)用范圍逐漸增(zeng)大，應用數量也在不斷增(zeng)加。

1、概述

1)鈦合金緊固件（鈦合金螺絲）的(de)(de)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)要求(qiu)(qiu)(qiu)。鈦合金(jin)(jin)緊固(gu)(gu)件(jian)一般需要進(jin)行(xing)固(gu)(gu)溶時效熱(re)處(chu)理， 從而保證其(qi)滿足(zu)660MPa的(de)(de)抗剪強(qiang)度(du)以(yi)(yi)及(ji)1100MPa的(de)(de)抗拉強(qiang)度(du)性(xing)能(neng)要求(qiu)(qiu)(qiu)，鈦合金(jin)(jin)制(zhi)(zhi)造的(de)(de)緊固(gu)(gu)件(jian)要對其(qi)進(jin)行(xing)詳細的(de)(de)檢查，除了觀察外(wai)觀是(shi)否存在損(sun)毀(hui)，還要對其(qi)進(jin)行(xing)機械(xie)性(xing)能(neng)以(yi)(yi)及(ji)冶金(jin)(jin)的(de)(de)檢查。鈦合金(jin)(jin)緊固(gu)(gu)件(jian)具有嚴格的(de)(de)材料(liao)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)以(yi)(yi)及(ji)質(zhi)量、性(xing)能(neng)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)和要求(qiu)(qiu)(qiu)，鈦合金(jin)(jin)緊固(gu)(gu)件(jian)的(de)(de)加(jia)工技術條件(jian)要與AMS 4967標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)(絲材、退火(huo)、鍛件(jian)和環(huan)形件(jian)、可熱(re)處(chu)理的(de)(de)鈦合金(jin)(jin)棒(bang)材)中提出(chu)的(de)(de)相關要求(qiu)(qiu)(qiu)相符(fu)合，該標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)在材料(liao)的(de)(de)公(gong)差(cha)、尺寸、金(jin)(jin)相、外(wai)觀、缺陷(xian)控制(zhi)(zhi)、以(yi)(yi)及(ji)機械(xie)性(xing)能(neng)等方面(mian)均有明(ming)確的(de)(de)標(biao)(biao)準(zhun)(zhun)要求(qiu)(qiu)(qiu)和性(xing)能(neng)要求(qiu)(qiu)(qiu)。

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(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)。在進(jin)行(xing)鈦(tai)合(he)金(jin)緊(jin)(jin)固件(jian)的(de)安裝時(shi)容(rong)(rong)易形成間隙，因而在金(jin)屬與金(jin)屬之間或者(zhe)金(jin)屬表(biao)(biao)面涂層裂縫下(xia)，一(yi)些容(rong)(rong)易受到(dao)影響的(de)金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)會發(fa)生一(yi)定的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)。鈦(tai)合(he)金(jin)材(cai)(cai)料(liao)的(de)抗腐(fu)(fu)蝕(shi)性能(neng)(neng)的(de)主要原因是(shi)其(qi)表(biao)(biao)面有一(yi)層防護性氧化膜，如果這(zhe)層膜受損(sun)，在氧氣充分的(de)條件(jian)下(xia)其(qi)可以自行(xing)進(jin)行(xing)修補(bu)，然而在鈦(tai)合(he)金(jin)緊(jin)(jin)固件(jian)實際(ji)使用過(guo)程中，由(you)于環(huan)境條件(jian)的(de)變化(如：某種介(jie)質濃度增加、溫(wen)(wen)度升高、或與易腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)金(jin)屬發(fa)生接(jie)觸)，就會導致鈦(tai)合(he)金(jin)發(fa)生腐(fu)(fu)蝕(shi)。鈦(tai)合(he)金(jin)表(biao)(biao)面有一(yi)層鈍化膜，如果長(chang)期在供氧不(bu)足(zu)的(de)環(huan)境中，其(qi)鈍化作用會降低，同(tong)時(shi)可能(neng)(neng)發(fa)生點蝕(shi)。此外，鈦(tai)合(he)金(jin)緊(jin)(jin)固件(jian)對于一(yi)些氫(qing)氟酸、非氧化酸、以及高溫(wen)(wen)稀(xi)硫酸等(deng)缺乏一(yi)定的(de)耐腐(fu)(fu)蝕(shi)性。

2)車(che)削(xue)加(jia)工(gong)中存在(zai)(zai)的問(wen)題。在(zai)(zai)對鈦(tai)合金進(jin)行車(che)削(xue)加(jia)工(gong)過程中，主要(yao)(yao)(yao)的問(wen)題有刀(dao)具(ju)(ju)磨損嚴重(zhong)、切(qie)削(xue)溫度過高、以及切(qie)削(xue)回(hui)彈大(da)等[2]。一般來說，在(zai)(zai)合理(li)的機械加(jia)工(gong)條件中，車(che)削(xue)工(gong)序并不困(kun)難，如果是對于大(da)批量(liang)生產、連續切(qie)削(xue)、以及金屬去除量(liang)比較(jiao)大(da)的切(qie)削(xue)，需要(yao)(yao)(yao)采(cai)用(yong)硬質合金刀(dao)具(ju)(ju)；而在(zai)(zai)成(cheng)型切(qie)削(xue)或切(qie)斷時(shi)需要(yao)(yao)(yao)對鋼刀(dao)具(ju)(ju)進(jin)行合理(li)調(diao)整，必(bi)要(yao)(yao)(yao)時(shi)采(cai)用(yong)金屬陶瓷(ci)刀(dao)具(ju)(ju)。

3)鏜(tang)削加(jia)(jia)工(gong)中存在(zai)的問題。鏜(tang)削屬于(yu)精(jing)細加(jia)(jia)工(gong)，在(zai)對鈦(tai)合(he)金產(chan)品進(jin)(jin)行(xing)(xing)鏜(tang)削的加(jia)(jia)工(gong)過程(cheng)中，在(zai)對鈦(tai)合(he)金進(jin)(jin)行(xing)(xing)銑削加(jia)(jia)工(gong)時，由(you)于(yu)刀具(ju)每一(yi)轉(zhuan)過程(cheng)中只是部分(fen)處(chu)于(yu)銑削狀(zhuang)態，因(yin)而(er)容易導致刀具(ju)出現(xian)磨損或破損而(er)為了減少上(shang)述現(xian)象的發生，需要(yao)對鏜(tang)削加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝進(jin)(jin)行(xing)(xing)改進(jin)(jin)和完善，提高鈦(tai)合(he)金緊固(gu)件的機械加(jia)(jia)工(gong)質量和水(shui)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(zai)加(jia)(jia)工(gong)性(xing)能差、導熱系數小(xiao)、效(xiao)率(lv)低、彈性(xing)模量小(xiao)、以及容易燃燒和變形(xing)等缺點，因而限制了(le)鈦合金(jin)材料的(de)進一(yi)步應用。為了(le)對其加(jia)(jia)工(gong)質(zhi)量進行提高(gao)，優化鈦合金(jin)緊固件的(de)加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)因而必(bi)須(xu)要對機(ji)械(xie)加(jia)(jia)工(gong)的(de)流程以及各環(huan)節的(de)質(zhi)量進行嚴格控(kong)制，提高(gao)加(jia)(jia)工(gong)效(xiao)率(lv)和加(jia)(jia)工(gong)工(gong)藝(yi)水(shui)平。其主要措施體現在(zai)以下幾個方面(mian)：

1)設備控制

(1)設備要(yao)(yao)求。首(shou)先要(yao)(yao)控制好(hao)進給(gei)運動(dong)，確(que)保(bao)其精確(que)性和可靠性。其次在進行工(gong)(gong)件裝夾(jia)位置以及切削工(gong)(gong)具的選(xuan)擇時，要(yao)(yao)考慮加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的剛(gang)度。最后，在加工(gong)(gong)過程(cheng)中要(yao)(yao)注意增加冷(leng)卻液的流(liu)量(liang)和壓(ya)力(li)。

(2)刀(dao)具(ju)要(yao)求。由于鈦合金(jin)緊固件(jian)化學(xue)親(qin)和(he)性(xing)比(bi)較高，因(yin)(yin)此在加工過程(cheng)中尤其是切削過程(cheng)中容易導致溫度過高，降低刀(dao)具(ju)的(de)韌性(xing)以及耐磨性(xing)，因(yin)(yin)此在刀(dao)具(ju)的(de)選(xuan)擇(ze)(ze)上(shang)要(yao)盡量避免(mian)選(xuan)用(yong)硬質合金(jin)刀(dao)具(ju)。在對(dui)其進行加工時，要(yao)考(kao)慮到零(ling)件(jian)的(de)結構、毛坯表面的(de)硬化程(cheng)度、以及余(yu)量分(fen)布等因(yin)(yin)素(su)，對(dui)涂(tu)層刀(dao)具(ju)類(lei)型進行合理選(xuan)擇(ze)(ze)，同時將加工工序分(fen)成粗加工、半精(jing)細(xi)加工、以及精(jing)細(xi)加工等幾(ji)個階段，以便于降低切削時的(de)溫度，確保(bao)刀(dao)刃(ren)鋒利，提高刀(dao)具(ju)的(de)使用(yong)性(xing)能。

(3)夾具要(yao)求。由于鈦合金材料具有易(yi)變形(xing)以(yi)及彈性模量小等缺點，因此在對零(ling)件切削(xue)時的(de)夾力不易(yi)過大，可(ke)以(yi)采用支承進(jin)行輔助，在對夾具進(jin)行設(she)計制作時要(yao)考慮到零(ling)件的(de)實際切削(xue)力，從而避免使零(ling)件發(fa)生變形(xing)。

2)材料控制

鈦(tai)合(he)金(jin)原材料在使用(yong)前要對其進行(xing)(xing)檢(jian)驗，保證(zheng)材料的各項性(xing)能符首(shou)先(xian)要保證(zheng)鈦(tai)合(he)金(jin)緊固件加工環(huan)境的濕度(du)(du)以(yi)及(ji)溫(wen)度(du)(du)符合(he)標準，主(zhu)要對其進行(xing)(xing)產品合(he)格(ge)(ge)證(zheng)、鍛(duan)件取樣部位、標識、規格(ge)(ge)、試驗類型(xing)、毛(mao)坯狀態、數(shu)量(liang)、以(yi)及(ji)尺(chi)寸和力學(xue)性(xing)能等方面(mian)的檢(jian)查。

3)加工環境的控制

首先(xian)要(yao)(yao)保證鈦合金(jin)緊固件加工(gong)環境(jing)的(de)濕度以及溫度符(fu)合標準和(he)要(yao)(yao)求，由于(yu)零件的(de)化(hua)學(xue)親和(he)力比(bi)較高，因此在與(yu)其(qi)進(jin)行接(jie)(jie)觸的(de)夾具(ju)中(zhong)不(bu)能選用鉛、鋁(lv)、鋅等(deng)材料(liao)，以免(mian)二者發(fa)(fa)生化(hua)學(xue)反(fan)應。在對零件進(jin)行停放或周轉的(de)過程中(zhong)要(yao)(yao)采取必要(yao)(yao)的(de)防(fang)護措施。避免(mian)零件與(yu)其(qi)他金(jin)屬(shu)粉末等(deng)進(jin)行接(jie)(jie)觸而發(fa)(fa)生反(fan)應，對其(qi)造成污染(ran)。

3)制造控制

(1)結構設(she)計(ji)。在對鈦(tai)合金(jin)零件(jian)進(jin)行半徑設(she)計(ji)時，要(yao)在其結構條(tiao)件(jian)允(yun)許的(de)條(tiao)件(jian)下選用較大(da)的(de)值，鈦(tai)合金(jin)零件(jian)表面(mian)(mian)的(de)粗(cu)糙程度要(yao)小于或(huo)等于3.2m，如果是采用鏜、鉸等方(fang)法(fa)加工的(de)孔，需要(yao)保證其表面(mian)(mian)粗(cu)糙度在1.6m以下。如果零件(jian)需要(yao)承受的(de)負載比較大(da)，需要(yao)在受拉力(li)區(qu)域(yu)減少(shao)釘孔，此外還(huan)要(yao)盡(jin)量避(bi)免磨削加工方(fang)法(fa)，從而保證粗(cu)糙度的(de)要(yao)求。

(2)制孔(kong)(kong)通用(yong)(yong)技術(shu)。首先(xian)是鉆(zhan)(zhan)孔(kong)(kong)，在(zai)(zai)進行鉆(zhan)(zhan)孔(kong)(kong)時要采用(yong)(yong)硬(ying)質(zhi)合金鉆(zhan)(zhan)頭，或者采用(yong)(yong)氮鋁化鈦(tai)涂層鉆(zhan)(zhan)孔(kong)(kong)刀(dao)具以及高(gao)速(su)鋼鉆(zhan)(zhan)頭等(deng)，保(bao)證(zheng)孔(kong)(kong)的(de)精(jing)確度。在(zai)(zai)使用(yong)(yong)高(gao)速(su)鋼鉆(zhan)(zhan)頭時，要保(bao)證(zheng)后刀(dao)面磨(mo)(mo)損量在(zai)(zai)0.6mm以下(xia)，同時要保(bao)證(zheng)其(qi)結構符(fu)合標準(zhun)，禁止鉆(zhan)(zhan)頭不進給而在(zai)(zai)原(yuan)地打轉，避(bi)免加工硬(ying)化。此外(wai)，可以采用(yong)(yong)修磨(mo)(mo)鋒利(li)的(de)鉆(zhan)(zhan)頭來減少(shao)螺紋底孔(kong)(kong)表面的(de)加工硬(ying)化深度。

5)維護以及質量控制

(1)維(wei)護控制。首先要保證在生產以(yi)及(ji)加(jia)工過程中所使(shi)用(yong)的(de)工具(ju)、設備、以(yi)及(ji)量具(ju)等(deng)無(wu)使(shi)用(yong)障礙，并且無(wu)污(wu)染，保持良好(hao)的(de)使(shi)用(yong)狀態，在規定(ding)(ding)的(de)時間(jian)內，需(xu)要對(dui)其(qi)(qi)進行定(ding)(ding)期的(de)合格檢(jian)(jian)查(cha)。此外，還要對(dui)切(qie)削液進行定(ding)(ding)期的(de)檢(jian)(jian)查(cha)，確(que)保切(qie)削液的(de)潤(run)滑以(yi)及(ji)冷卻性能。對(dui)于刀(dao)具(ju)的(de)維(wei)護方面，應該定(ding)(ding)期對(dui)其(qi)(qi)進行質量檢(jian)(jian)查(cha)，對(dui)出現問題的(de)刀(dao)具(ju)進行修(xiu)整或更換，保證其(qi)(qi)刀(dao)刃鋒利，延長(chang)刀(dao)具(ju)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。

(2)質(zhi)量控(kong)制。由(you)于鈦(tai)合(he)金(jin)材(cai)料具有導熱性(xing)能差的特(te)點，因此應盡量避(bi)免(mian)(mian)(mian)切(qie)削比(bi)較小切(qie)屑，避(bi)免(mian)(mian)(mian)堆積。同時要(yao)(yao)使用乳化(hua)液(ye)或(huo)者水(shui)對其進行(xing)冷卻(que)，避(bi)免(mian)(mian)(mian)發(fa)生(sheng)火災，一旦發(fa)生(sheng)起火現(xian)象，可以采用滑石粉(fen)進行(xing)滅火。其次(ci)，在進行(xing)銑削加(jia)工過程中，要(yao)(yao)盡量避(bi)免(mian)(mian)(mian)刀具停止進給(gei)或(huo)主軸停轉。鈦(tai)合(he)金(jin)緊(jin)固件的表面(mian)要(yao)(yao)避(bi)免(mian)(mian)(mian)產(chan)生(sheng)裂紋或(huo)燒傷，由(you)于其化(hua)學親和性(xing)較大，因而(er)(er)要(yao)(yao)注(zhu)意避(bi)免(mian)(mian)(mian)其與(yu)其他金(jin)屬接(jie)觸而(er)(er)發(fa)生(sheng)化(hua)學反(fan)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(yong)于飛機等航空零件的(de)結構制(zhi)造中(zhong)，其具有很好的(de)耐(nai)腐蝕性，加上其變形系數小以及強度(du)高等優點(dian) ，因而獲得(de)了(le)有效的(de)應用(yong)。然而，這種材料也有一(yi)定 的(de)缺點(dian)，一(yi)定程度(du)上阻(zu)礙了(le)其進(jin)一(yi)步的(de)應用(yong)，因此需要(yao)對鈦(tai)合金(jin)緊同件的(de)加工工藝進(jin)行質(zhi)量(liang)控制(zhi)．不斷提高機械(xie)加工水平和產品質(zhi)量(liang)。

參考文獻：

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