飞机起落架用钛合金紧固件（钛合金螺丝）机械加工中存在的问题及措施

前言

在飞机零件中，钛合金紧固件的运用可以使飞机增强抗腐蚀能力，还可以达到减重的目的，钛合金紧固件（钛合金螺丝）是碳纤维复合材料以及钛合金之间的必要连接件。现阶段，钛合金以及复合材料的运用范围逐渐增大，应用数量也在不断增加。

1、概述

1)钛合金紧固件（钛合金螺丝）的标准要求。钛合金紧固件一般需要进行固溶时效热处理， 从而保证其满足660MPa的抗剪强度以及1100MPa的抗拉强度性能要求，钛合金制造的紧固件要对其进行详细的检查，除了观察外观是否存在损毁，还要对其进行机械性能以及冶金的检查。钛合金紧固件具有严格的材料标准以及质量、性能标准和要求，钛合金紧固件的加工技术条件要与AMS 4967标准(丝材、退火、锻件和环形件、可热处理的钛合金棒材)中提出的相关要求相符合，该标准在材料的公差、尺寸、金相、外观、缺陷控制、以及机械性能等方面均有明确的标准要求和性能要求。

2、钛合金紧固件使用过程以及机械加工中存在的问题

1)腐蚀性能。在进行钛合金紧固件的安装时容易形成间隙，因而在金属与金属之间或者金属表面涂层裂缝下，一些容易受到影响的金属材料会发生一定的腐蚀。钛合金材料的抗腐蚀性能的主要原因是其表面有一层防护性氧化膜，如果这层膜受损，在氧气充分的条件下其可以自行进行修补，然而在钛合金紧固件实际使用过程中，由于环境条件的变化(如：某种介质浓度增加、温度升高、或与易腐蚀的金属发生接触)，就会导致钛合金发生腐蚀。钛合金表面有一层钝化膜，如果长期在供氧不足的环境中，其钝化作用会降低，同时可能发生点蚀。此外，钛合金紧固件对于一些氢氟酸、非氧化酸、以及高温稀硫酸等缺乏一定的耐腐蚀性。

2)车削加工中存在的问题。在对钛合金进行车削加工过程中，主要的问题有刀具磨损严重、切削温度过高、以及切削回弹大等[2]。一般来说，在合理的机械加工条件中，车削工序并不困难，如果是对于大批量生产、连续切削、以及金属去除量比较大的切削，需要采用硬质合金刀具；而在成型切削或切断时需要对钢刀具进行合理调整，必要时采用金属陶瓷刀具。

3)镗削加工中存在的问题。镗削属于精细加工，在对钛合金产品进行镗削的加工过程中，在对钛合金进行铣削加工时，由于刀具每一转过程中只是部分处于铣削状态，因而容易导致刀具出现磨损或破损而为了减少上述现象的发生，需要对镗削加工工艺进行改进和完善，提高钛合金紧固件的机械加工质量和水平。

3、提高钛合金紧固件机械加工质量的有效措施

由于钛合金材料本身存在加工性能差、导热系数小、效率低、弹性模量小、以及容易燃烧和变形等缺点，因而限制了钛合金材料的进一步应用。为了对其加工质量进行提高，优化钛合金紧固件的加工工艺因而必须要对机械加工的流程以及各环节的质量进行严格控制，提高加工效率和加工工艺水平。其主要措施体现在以下几个方面：

1)设备控制

(1)设备要求。首先要控制好进给运动，确保其精确性和可靠性。其次在进行工件装夹位置以及切削工具的选择时，要考虑加工工件的刚度。最后，在加工过程中要注意增加冷却液的流量和压力。

(2)刀具要求。由于钛合金紧固件化学亲和性比较高，因此在加工过程中尤其是切削过程中容易导致温度过高，降低刀具的韧性以及耐磨性，因此在刀具的选择上要尽量避免选用硬质合金刀具。在对其进行加工时，要考虑到零件的结构、毛坯表面的硬化程度、以及余量分布等因素，对涂层刀具类型进行合理选择，同时将加工工序分成粗加工、半精细加工、以及精细加工等几个阶段，以便于降低切削时的温度，确保刀刃锋利，提高刀具的使用性能。

(3)夹具要求。由于钛合金材料具有易变形以及弹性模量小等缺点，因此在对零件切削时的夹力不易过大，可以采用支承进行辅助，在对夹具进行设计制作时要考虑到零件的实际切削力，从而避免使零件发生变形。

2)材料控制

钛合金原材料在使用前要对其进行检验，保证材料的各项性能符首先要保证钛合金紧固件加工环境的湿度以及温度符合标准，主要对其进行产品合格证、锻件取样部位、标识、规格、试验类型、毛坯状态、数量、以及尺寸和力学性能等方面的检查。

3)加工环境的控制

首先要保证钛合金紧固件加工环境的湿度以及温度符合标准和要求，由于零件的化学亲和力比较高，因此在与其进行接触的夹具中不能选用铅、铝、锌等材料，以免二者发生化学反应。在对零件进行停放或周转的过程中要采取必要的防护措施。避免零件与其他金属粉末等进行接触而发生反应，对其造成污染。

3)制造控制

(1)结构设计。在对钛合金零件进行半径设计时，要在其结构条件允许的条件下选用较大的值，钛合金零件表面的粗糙程度要小于或等于3.2m，如果是采用镗、铰等方法加工的孔，需要保证其表面粗糙度在1.6m以下。如果零件需要承受的负载比较大，需要在受拉力区域减少钉孔，此外还要尽量避免磨削加工方法，从而保证粗糙度的要求。

(2)制孔通用技术。首先是钻孔，在进行钻孔时要采用硬质合金钻头，或者采用氮铝化钛涂层钻孔刀具以及高速钢钻头等，保证孔的精确度。在使用高速钢钻头时，要保证后刀面磨损量在0.6mm以下，同时要保证其结构符合标准，禁止钻头不进给而在原地打转，避免加工硬化。此外，可以采用修磨锋利的钻头来减少螺纹底孔表面的加工硬化深度。

5)维护以及质量控制

(1)维护控制。首先要保证在生产以及加工过程中所使用的工具、设备、以及量具等无使用障碍，并且无污染，保持良好的使用状态，在规定的时间内，需要对其进行定期的合格检查。此外，还要对切削液进行定期的检查，确保切削液的润滑以及冷却性能。对于刀具的维护方面，应该定期对其进行质量检查，对出现问题的刀具进行修整或更换，保证其刀刃锋利，延长刀具的使用寿命。

(2)质量控制。由于钛合金材料具有导热性能差的特点，因此应尽量避免切削比较小切屑，避免堆积。同时要使用乳化液或者水对其进行冷却，避免发生火灾，一旦发生起火现象，可以采用滑石粉进行灭火。其次，在进行铣削加工过程中，要尽量避免刀具停止进给或主轴停转。钛合金紧固件的表面要避免产生裂纹或烧伤，由于其化学亲和性较大，因而要注意避免其与其他金属接触而发生化学反应。

4、结语

近年来，随着科学技术的发展，钛合金材料被广泛应用于飞机等航空零件的结构制造中，其具有很好的耐腐蚀性，加上其变形系数小以及强度高等优点 ，因而获得了有效的应用。然而，这种材料也有一定 的缺点，一定程度上阻碍了其进一步的应用，因此需要对钛合金紧同件的加工工艺进行质量控制．不断提高机械加工水平和产品质量。

参考文献：

[1]沙爱学 BT16钛合金紧固件加工艺分析[J]稀有金属材料工程，2006.35.57-58．

[2]黄晓霞 钛合金紧同件的腐蚀及其防护技术[J]材料保护.2008.06:57-59．

[3]刘风雷 钛合金紧固件涂铝技术[J].航空制造技术．2013.11：66-68

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