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［1 － 4］。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［5 － 8］。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

；仓匾问1。

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。

( 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剥落崩刃景象。

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，因而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。

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。

4、结语

以某3D打印激光成形钛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。

参考文件

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［8］巩水利，锁红波，李怀学． 金属增材造作技术在航空领域的发展与利用［J］． 航空造作技术， 2013， 56( 13) : 66 － 71．第一作者: 战祥鑫，硕士，工程师，首都航天机械有限公司，100076 北京市

First Author: Zhan Xiangxin，Master，Engineer，Capital AerospaceMachinery Co． ，Ltd． ，Beijing 100076，China