1.中国航发贵州黎阳航空动力有限公司发展计划部贵州贵阳;2.贵州黎阳国际制造有限公司工程部贵州安顺561102
【摘要】化学铣切（简称化铣）工艺是利用化学溶液与金属产生化学反应，借助有效的保护措施，使零件不需要的部分金属腐蚀溶解，从而达到对表面形状复杂,加工精度要求高的零件精密加工的目的。本文着重阐述了钛合金化铣工艺过程中的铣切速率、铣切量及影响因素，同时也对化铣过程控制的注意事项进行了相关说明。
【关键词】钛合金；化学铣切；铣切速率；铣切量
1前言
钛及钛合金是一种高速发展着的新型结构材料，具有作为航空、航天的金属材料最需具备的耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐疲劳、耐断裂以及质轻的优良性能[1]。但其热导率不好，机械加工中产生的热量不易扩散，容易造成刀具的磨损及零件的烧蚀，特别对于形状复杂、薄壁的零件机械加工难度更大，在实际生产中存在很多问题[2]。如何解决这个问题，以提高钛合金零件的成品合格率，这给工艺技术人员提出了新的课题。为此，采用化铣代替传统的机械加工是一种行之有效的方法。
与一般机械加工方法相比，化铣加工工艺有以下特点：
1）对一般机械加工方法难以加工或无法加工的薄壁、易变形、大面积的零件，只要生产设备允许，无论零件材料的状态如何，都可以采用化铣的方法加工；
2）不产生切削应力，零件不会变形；
3）生产效率高，一次可以加工多个零件；
4）适应性强，设备简单，投入少，对新品零件或试制零件，使用化铣方法可以大大缩短加工周期[2]。
2实验
钛合金化铣溶液通常由腐蚀剂HF、氧化剂HNO3、辅助剂
（NH2）2CO组成。其中腐蚀剂HF起到腐蚀溶解钛的作用；氧化剂HNO3起到抑制氢的生成及剥离零件表面腐蚀产物的作用；辅助剂（NH2）2CO起到提高化铣溶液使用寿命减少NO生成的作用[2]。
2.1腐蚀剂
在钛合金化铣溶液中HF是腐蚀剂，它发生如下反应：
4化铣工艺过程
主要的工艺过程为：零件的表面清洗→涂覆防护层→刻形→化学铣→去挂灰→去除防护层→检验
4.1零件的表面清洗
零件的表面清洗流程：有机溶剂除油→水基清洗剂清洗→热水洗→冷流水洗→水膜检查→热水洗→干燥
零件的表面清洗是一个很关键的工序，如果清洗不干净，将会导致涂覆的保护层结合力变差，溶液渗入非化铣表面影响产品质量。
4.1.1有机溶剂除油当钛合金零件的表面存在大面积油污时，可以采用丙酮擦拭清洗，不允许用含有卤素的溶剂进行清洗，也不能用酒精清洗。
4.1.2水基清洗剂清洗用水基清洗剂清洗去除小面积油污。
4.1.3热水洗（去离子水）用热水（去离子水）洗净零件表面的水基清洗剂，控制热水中固体成分。
4.1.4冷流水洗用冷流水洗降低零件温度。
4.1.5水膜检查零件表面水膜30s不破为合格。
4.1.6热水洗（去离子水）用热水浸泡零件以便容易干燥，控制热水固体成分及卤素离子。
4.1.7干燥压缩空气吹干，干燥后应尽快涂覆防护层。
4.2涂覆防护层
防护层所用的保护涂料是保证零件加工成功与否的关键环节，要求保护涂料除了具有良好的附着力和耐酸碱性能外，还应具有一些其他优良特性，即：适于复制精密保护膜外形和复杂轮廓，便于剥离。涂覆防护层可采用喷涂、刷涂、浸涂等方法[2]。涂覆的次数应不少于3次，相邻两层保护涂料应采用相互垂直方向涂覆。每涂一层，应待保护涂料表面干后再涂下一层。
4.3刻形
涂有防护层的钛合金零件加工前必须把要铣切部位的防护层去掉，这一过程称为刻形。刻形是用刻形刀具沿着限定加工部位的轮廓把防护层切开，把不需要的防护层去掉[2]。
4.4化铣
化铣是零件加工的重要过程之一，此过程不但保证零件各个表面均匀的去除多余材料，还要防止形成粗糙的表面。要达到满意的化铣效果需要注意以下几个方面：
（1）零件化铣前需要仔细检查零件需要加工部位的表面状态，因为一些异常的表面状态在化铣加工后会放大显现；
（2）零件的去除量不宜过大，因为随着化铣时间的增加，一些副反应会随之而来，对零件的加工造成影响；
（3）定时调换零件在化铣槽的位置和方向，使零件各个表面更均匀的反应；
（4）不同材质、热处理状态的零件不应同槽化铣。
4.4.1化铣参数对质量的影响
（1）槽液温度温度是影响化铣质量的主要因素之一，钛合金化铣是一个放热反应，随着化铣时间的延长，零件表面温度将持续上升。温度过高，化铣速度不易控制，槽液蒸发加剧，同时不利于现场操作和人员安全健康；温度过低，化铣速度慢，零件表面光度不好，同时降低了加工效率[2]。
（2）时间化铣时间通过化铣速率控制，化铣速率主要受到槽液温度和槽液中金属含量的影响。温度升高化铣速率随之增加，温度降低化铣速率随之减小；当化铣溶液中金属离子浓度超过一定值后，化铣速率随之降低甚至停止。
（3）搅拌在化铣溶液中，零件与溶液反应产生大量热量，在无搅拌的情况下，零件表面的热量无法扩散到槽液中，腐蚀产物不能及时从零件表面剥离，同时反应产生大量气体冲刷零件表面，留下冲刷痕迹，严重影响化铣后零件的表面质量，甚至造成零件报废。通常比较好的方法是利用压缩空气在溶液中产生气泡的分散、破裂等作用搅拌槽液[1]，同时零件自身也在化铣过程中运动。这里需要注意的是压缩空气搅拌槽液的压力及零件运动的方向和速度也会影响化铣质量。
（4）零件的装挂方式在化铣过程中零件表面会产生大量气体和腐蚀产物，如不及时排除，将对化铣的速度、均匀性产生很大影响。零件化铣过程中的装挂方向和运动状态要由利于气体和腐蚀产物顺利的从零件表面上排除出去，使零件能均匀化铣。一种合适的方式是将零件按上下方向旋转1800后，采用相近的时间进行化铣。
4.4.2化铣槽液成分及作用
（1）氢氟酸氢氟酸在化铣溶液中为腐蚀剂，其作用是加速钛的腐蚀溶解，增加氢氟酸溶度可提高化铣速度，但浓度过高会影响零件表面粗糙度。
（2）硝酸硝酸在化铣溶液中既是氧化剂又是光亮剂。主要是降低化铣表面粗糙度。
（3）尿素尿素在化铣溶液中是辅助剂，起到提高化铣溶液使用寿命减少NO生成的作用。
（4）钛离子钛离子在化铣溶液中起到缓蚀作用，化铣溶液中要由一定量的钛离子存在才能正常工作，钛离子浓度过低时，零件容易发生过腐蚀；钛离子浓度过高时，影响零件化铣速率。
4.5去挂灰
零件化铣之后表面附着一层腐蚀产物，在硝酸溶液中将腐蚀产物去除。
4.6去除防护层
去除零件表面涂覆的防护层，防止在去除过程中对零件造成破坏。
4.7检验
（1）外观检验:零件表面应清洁,没有污物和防护胶层；加工轮廓线应清晰、准确；加工面不应有凹坑、可见的划痕、孔蚀。
（2）尺寸检验：零件加工区域应符合图纸对性状，最终尺寸要求。
（3）表面粗糙度：零件加工区域表面粗糙度应符合图纸要求。
5化铣工艺控制
5.1定期对化铣溶液的增氢量进行检测，在溶液重新配置及调整后也需要对增氢量进行检测。
5.2定期对化铣溶液的晶粒末端腐蚀（EGP）和晶间腐蚀（IGA）进行检测，在溶液重新配置及调整后也需要进行检测。
6总结
（1）本文对钛合金材料化铣加工工艺基本原理、工艺过程进行了相关阐述。通过对钛合金零件铣切速率、铣切量的控制达到精密加工的目的。
（2）本文推荐的铣切速率的测试方法不受零件材料及形状的约束，适用于各类钛合金材料的铣切速率测试。
（3）此工艺加工方法可操作性强，加工效率高，产品质量易于控制。
参考文献:
[1]李鑫庆，欧阳贵，王菊荣．金属化学转化膜实用手册［M］．机械工业出版社，2016(1):287－291，296．
[2]赵永岗，张纯刚，王辉等．化学铣切在钛合金加工中的研究及应用［J］．表面技术，2009,38（6）:83－85．