1、引言

钛合金拥有密度低、比强度高、屈强比高、耐侵蚀及高温力学机能优异等特点，在航空、航天、船舶、汽车等行业的利用越来越多，在关键零部件中的资料占比也越来越高。但由于钛合金资料自身的机能特点，选取 “铸造、铸造 + 机械加工” 等传统技术造作复杂钛合金结构件时，存在造作工艺复杂、加工工序多、出产周期长、资料去除率高和造作成本高档弊端，造约了钛合金结构件在先进工业及国防设备中的利用。

3D 打印激光急剧成形技术是以合金粉末为原料，通过激光溶解逐层堆积，由零件数模一步实现高机能大型复杂结构件的成型。成型构件状态复杂，节俭资料水平高，传统铸造和机械加工步骤难以企及。但是，3D打印激光急剧成型技术造作的零件表表质量差，与现实利用要求有肯定差距。

针对上述问题，本文基于某 3D打印激光成型技术出产的 TA15钛合金零件毛坯，发展增材造作钛合金结构件铣削加工技术钻研。别离从资料个性、加工刀具、切削参数及加工蹊径等方面进行工艺索求，提出 3D 打印钛合金结构件铣削加工的工艺规划，可为后续 3D 打印钛合金零件的铣削加工提供肯定的领导。

2、资料加工个性及3D 打印零件特点

2.1资料加工个性

TA15钛合金拥有优良的组织不变性、韧性、塑性、抗侵蚀性、高比强度蹬着势，是综合机能良好的航天用资料，但同时也给机械加工带来难题。该资料的机械加工拥有以下特点 :

(1) 化学活性高，亲和作用大。钛合金在高温下与大气层中的 O、N、H 等产生化学反映而天生 TiO₂、TiN、TiH 蹬撞脆层，切削过程中因塑性变形而产生硬化景象，使刀具极易磨损。并且切屑及被切削表层与刀具资料咬合而产生严沉的粘刀景象，使刀具产生剧烈的粘结磨损 ;

(2) 刀－屑接触长度短。钛合金切屑在空气中氧和氮的作用下形成硬脆化合物，使切屑成短碎片状，导致刀－屑接触长度变短，切削力和切削热集中在切削刃左近，易造成刀具崩刃景象 ;

(3) 热传导率低。钛合金热传导率仅 15.24W/(m·K) ，机加工过程中产生的热量不易消散，切削过程中切削温度高，刀具磨损严沉 ;

(4) 弹性模量低。钛合金的弹性模量仅为 45钢的 1/2，在载荷作用下产生变形后产生较大的回弹，与刀具后导摩擦严沉，刀具磨损严沉。

2.2?激光急剧成形结构特点

3D 打印成形过程所用钛合金粉末见图 1，其粒径为 45~96μm。试验前，钛合金粉末置于120℃环境下烘干处置 5h，以抑造粉末梗塞激光喷嘴，提高粉末流动性，保障送粉量均匀、不变，预防对成形质量与精度造成不良影响。最终 3D打印的零件表表见图 2。打印后的零件表表质量较差，无法满足使用要求。

3、加工工艺

3.1?加工规划

TA15 钛合金在加工过程中会产生因塑性变形导致的残存应力。针对该问题，采取屡次装加注逐层加工的步骤，将零件加工过程分为粗、半精、精加工，逐步解除资料内应力和机械加工产生的切削残存应力。凭据零件变形情况，工序间按需进行去应力退火处置，以满足最终的尺寸精度和形位公差要求。

凭据零件结构特点及机床机能，选取 DMU数控五轴加工中心，其节造系统为海德汉 530。

机床重要参数见表 1。

表 1 数控加工中心重要参数

3.2?加工参数

(1) 刀具选择

由于钛合金与空气中氧和氮的亲和性强，并且钛合金加工过程中的铣削温度较高，因而钛合金的切屑迅速地从周围空气中吸收这些气体，天生硬脆层，同时，加工过程中也存在加工硬化景象。此表，3D 打印激光急剧成型毛坯表表形成硬而脆的不均匀表皮，在粗加工时极易造成崩刃景象。因而，钛合金粗加工需选用强度高的刀具资料。同时，由于钛合金资料对刀具资料的化学亲和力强，在切削温度高和单元面积上切削力大的前提下刀具易产生粘结磨损，因而需选用红硬性好、强度高、与钛合金资料亲和力差的刀具资料。由于钛合金的切屑为碎片状，因而，刀具需拥有优良刀刃和较大的容屑槽，以预防因排屑而造成刀具剧烈磨损。综合思考以上成分，选用YG 类硬质合金刀具，其参数见表 2。

表 2 加工刀具参数

(2) 切削刀具蹊径规划

凭据钛合金资料弹性模量幼和加工易变形的特点，在刀具蹊径规划中需充分思考切削过程的不变性，预防切削力忽然增大。同时，为保障切出的切屑最薄，应尽量维持刀具在加工过程中为不合称顺铣。具体刀具蹊径规划准则如下 :

①刀具蹊径全数选取不合称顺铣 ;

②预防切削圆角处刀具与资料大面积接触而产生加工振动。加工拐角地位时，增长拐角圆弧过渡，以预防大面积接触，减幼加工振动 ;

③加工深槽和表形时，选取螺旋铣削方式，保障切削过程中的载荷不变 ;

④面铣削时，选取渐开线式刀具蹊径，保障切削过程中的载荷不变 ;

⑤遵循切出最薄切屑准则，盛开区域选取圆弧进刀方式。

(3) 切削参数选择

凭据主活动与进给活动方向的相对关系，铣削分为顺铣和逆铣。顺铣时切屑由厚到薄，逆铣时切屑由薄到厚 ( 见图 3) 。铣削钛合金时，宜选取顺铣法，由于刀齿切离时的切屑薄，切屑不易粘结在切削刃上，且产生的应力为压应力加工硬化幼。逆铣使佚好相反，切屑容易粘结当刀齿再次切入时切屑被碰断，容易造成刀具资料出现落崩刃景象。

切削钛合金时，切削温度高，刀具耐用度低而切削用量中切削速度对切削温度的影响最大，因而应尽量使切削速度产生的切削温度靠近最优领域硬质合金刀具的最优切削温度约为 650℃-750℃，切削钛合金时通常选取较低的切削速度，较大的切削深度和进给量。

钛合金在切削过程中有加工硬化景象，若是切削深度太幼，刀尖会在硬化层中切削，加沉刀具磨损，因比选取大切深低转速的加工方式通常要求切削深度不幼于1mm，线速度在 20-40m/min之间。精铣切削试验参数见表3。

表3 精铣切削试验参数

3.3铣削试验凭据上述工艺规划，对该3D打印零件进行铣削试验。加工后的尺寸满足图纸要求。分歧切削参数下所得表表粗糙度了局见表4。由表可知， 其中当切削速度为30m/min， 进给量为0.06mm/r，切削深度为1.5mm时，铣削表表质量最好。

表4 铣削试验了局

4、结语

以某3D打印激光成庸合金结构件为钻研对象，对加工设备、加工刀具、加工蹊径规划、切削参数等进行工艺索求，找出相宜的加工规划通过度析确定合理的加工刀具和切削工艺参数由铣削试验了局可知， 当切削速度为30m/min进给量为0.06mm/r，切削深度为1.5mm时，3D打印钛合金结构件的铣削成效最好。