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”等传统技术制作复杂钛合金结构件时，，存在制作工艺复杂、、、加工工序多、、、出产周期长、、、资料去除率高和制作成本高档弊端，，制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制作的零件理论质量差，，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，，发展增材制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、、、高比强度等优势，，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 等硬脆层，，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重的粘刀景象，，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，，刀具磨损严重;

( 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，，与刀具后刀面摩擦严重，，刀具磨损严重。

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，，以克制粉末梗塞激光喷嘴，，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 打印的零件理论见图2。打印后的零件理论质量较差，，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，，采取屡次装夹、、、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，，其节制系统为海德汉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。此外，，3D 打印激光急剧成型毛坯理论形成硬而脆的不均匀外皮，，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小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，，减小加工振动;

③加工深槽和外形时，，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，，加工硬化小。逆铣时正好相反，，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，，若是切削深度太小，，刀尖会在硬化层中切削，，加重刀具磨损，，因而选取大切深低转速的加工方式。通常要求切削深度不小于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理论粗糙度了局见表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，，铣削理论质量最好。

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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［3］范世平，，谭智． TA15 钛合金铣削力及薄壁结构铣削工艺的试验钻研［J］． 工具技术，， 2014，， 48( 8) : 69 － 72．

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［7］李怀学，，孙帆，，黄柏颖． 金属零件激光增材制作技术的发展及利用［J］． 航空制作技术，， 2012，， 55( 20) : 26 － 31．

［8］巩水利，，锁红波，，李怀学． 金属增材制作技术在航空领域的发展与利用［J］． 航空制作技术，， 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