CN110280980B - 一种飞行器起落架用tc4钛合金无缝管材的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，该方法为：根据目标产品的规格尺寸确定并选择TC4钛合金实心棒坯进行钻孔，得到TC4钛合金空心棒坯，然后进行包套挤压和热矫直，得TC4钛合金无缝管材中间产品，将TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行粗车外圆，再以外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削，再次以内孔为基准定心进行精车外圆，切定尺后得TC4钛合金无缝管材。本发明通过挤压成型获得综合力学性能较好的TC4钛合金挤压管坯，扩大了TC4钛合金挤压管坯的尺寸规格，然后采用较高精度的定位基准行机械加工，有效避免了加工偏差，保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和质量。

Description

一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法

技术领域

本发明属于钛合金无缝管材加工技术领域，具体涉及一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法。

背景技术

起落架是飞机下部用于起飞降落或地面滑行时支撑飞机并用于地面移动的附件装置，它承力较大，且受力较为复杂，承受着陆撞击、地面滑跑以及做各种操纵运动时(如刹车、转弯等)产生的地面反作用力，而且着陆撞击和地面滑跑冲击载荷都带有明显的动态特性，是飞机重要的承力兼操纵性的部件之一，也是唯一的一种支撑整架飞机的部件，其性能的优劣直接关系到飞机的使用与安全。起落架作为飞行器机体一部分，应保证其结构的强度、刚度和一定寿命的前提下质量最轻，因承受载荷大而多采用高强或超高强材料。

金属钛被誉为21世纪金属，属于稀有金属的一种，其主要特点是密度小、质量轻、强度高、耐腐蚀，被广泛应用于航空航天领域、石油勘探领域和其它高强高压腐蚀性强的环境中。TC4属于钛合金的一种，TC4钛合金无缝管材因其比强度高，重量轻，耐腐蚀性能和耐高压高温性能好等特点，已成功运用到战机的起落架上。在起落架用管材加工过程中，由于TC4钛合金的抗拉强度和屈服强度均超过800MPa，且二者之间的强度差很小(约100MPa)，导致TC4钛合金冷态塑性变形性能很差，不具备冷加工性能。因此，TC4钛合金无缝管材生产加工的技术难度就非常大，成材率非常低，生产成本居高不下。目前，较为成熟的TC4无缝管材的加工方法有以下几种：

方法1、将TC4棒材采用机械加工手段成型

该方法根据成品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸选用合适的锻造棒坯，经车床等设备依次进行钻孔、内孔镗削、精车外圆制造成型；采用该方法制得的成品管材的优点为：制造工艺方法简单，外径和内径公差范围小、表面质量好，合格率90％以上，缺点为：综合力学性能偏低，壁厚偏差偏大，成品长度受限(一般只能满足长度为500mm以内的TC4钛合金无缝管材)，尺寸规格受限(无法实现内径尺寸小于25mm管材)，作业人员劳动强度很大且生产效率很低，生产成本高而不利于批量生产。

方法2、将TC4棒材经斜轧穿孔工艺制成管坯，然后经机械加工成型

该方法根据成品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸选用合适的棒坯，经斜轧穿孔工艺制成管坯，然后用车床内孔镗孔、精车外圆的方法成型。采用该方法制得的成品管材优点为：制造工艺方法简单，外径和内径公差范围小，成品管材长度可达到1000mm左右，合格率50％左右；其缺点为：综合力学性能偏低，壁厚偏差较大，因棒材表面无法实现保护直接进行热加工，制得的中间产品形成较厚氧化层导致材料浪费严重，中间产品直线度较差导致合格率低，加工难度大且材料浪费严重导致生产成本高而不利于批量生产。

方法3、将TC4板材经旋压制成管坯，然后经机械加工成型。

该方法根据成品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸选用合适的TC4板材，通过旋压设备以及配套的工模具制成管坯，再经过机械加工手段处理内外表面最终成型。采用该方法制得的成品管材优点为：可以获得大外径薄壁的管材，加工精度很高，表面质量好，综合力学性能优良，成品长度可以达到2000mm左右，合格率95％以上；缺点为：实现小外径管材和厚壁管材的加工难度很大导致成品规格受限，因技术难度较高而必须配套专用设备和工模具，技术上还存在许多难点有待突破导致推广难度很大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法。该方法通过挤压成型获得综合力学性能较好的TC4钛合金挤压管坯，扩大了TC4钛合金挤压管坯的尺寸规格，然后进行机械加工，采用较高精度的定位基准，有效避免了壁厚、内径和外径偏差给加工精度造成的影响，有效保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和表面要求，大幅提高了TC4钛合金无缝管材的质量，同时提高了TC4钛合金无缝管材的综合力学性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据目标产品TC4钛合金无缝管材进行计算，确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸；所述计算过程为：根据目标产品TC4钛合金无缝管材的外径、壁厚和长度设定对应的切削余量，结合外径、壁厚和长度对应的切削余量确定TC4钛合金挤压管坯规格尺寸，根据TC4钛合金挤压管坯规格尺寸和挤压工艺设计采用的挤压比确定TC4钛合金空心棒坯的规格尺寸，从而确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸；

步骤二、按步骤一中确定的TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸选择TC4钛合金实心棒坯，然后从TC4钛合金实心棒坯的圆心位置处进行钻孔，得到TC4钛合金空心棒坯；

步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金空心棒坯的内外表面及端面进行包套，经加热保温后进行挤压，去除包套后得到TC4钛合金挤压管坯；

步骤四、将步骤三中得到的TC4钛合金挤压管坯进行热矫直，然后依次进行切除头尾和端面车削、倒角，得到TC4钛合金无缝管材中间产品；所述经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度不超过0.7‰；

步骤五、将步骤四中得到的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行粗车外圆，然后以外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削；

步骤六、将步骤五中经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行精车外圆，然后进行切定尺，得到TC4钛合金无缝管材。

本发明步骤四中利用步骤三中挤压的余温，优选采用双曲线辊式矫直机对TC4钛合金挤压管坯进行热矫直，热矫直的次数不超过3次，经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度不超过0.7‰；挤压完毕后，TC4钛合金挤压管坯的头尾部均存在“金属流动紊乱区”，“金属流动紊乱区”处的TC4钛合金挤压管坯的规格尺寸、金相组织和力学性能均不能满足TC4钛合金挤压管坯的技术要求，故予以切除，其中，头部的切除长度为40mm～80mm，尾部的切除长度为100mm～150mm，以去除头尾缺陷；切除头尾后的TC4钛合金挤压管坯如采用多倍尺投料，则按设计长度完成下料，如采用单倍尺投料，则无需再次下料，然后对TC4钛合金挤压管坯/下料后的TC4钛合金挤压管坯的两端端面进行端面车削和倒角，使端面达到光滑无台阶，倒角的尺寸为(0.5mm～1.0mm)×45°。

本发明首先根据目标产品TC4钛合金无缝管材进行计算，确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸，然后对选择的TC4钛合金实心棒坯进行钻孔，得到TC4钛合金空心棒坯，再经包套挤压得到TC4钛合金挤压管坯，并对TC4钛合金挤压管坯进行热矫直得到较好的直线度，为后续机械加工提供精度保障，经切除头尾和端面车削、倒角后得到TC4钛合金无缝管材中间产品；对TC4钛合金无缝管材中间产品依次进行粗车外圆、粗镗削和精镗削，使TC4钛合金无缝管材中间产品的外圆加工至接近目标产品TC4钛合金无缝管材的尺寸，内孔加工至目标产品TC4钛合金无缝管材的尺寸和表面要求；将精镗削后的中间产品进行外圆精车，使TC4钛合金无缝管材中间产品的外圆加工至目标产品TC4钛合金无缝管材的尺寸和表面要求，最后根据定尺长度要求，切除定尺余量得到TC4钛合金无缝管材产品。

本发明采用挤压和机械加工相结合的方法制备TC4钛合金无缝管材，首先根据TC4钛合金导热性差和变形热效应大的特点，通过控制挤压比和加压的速度，以获得较优的力学性能，并根据选定的挤压比选择挤压模具，有效控制挤压模具尺寸和棒坯尺寸的间隙，提高了TC4钛合金挤压管坯的精度，有利于保证了TC4钛合金挤压管坯的尺寸稳定性，从而通过挤压成型获得综合力学性能较好的TC4钛合金挤压管坯，扩大了TC4钛合金挤压管坯的尺寸规格，为后续工艺提供基础，然后对TC4钛合金无缝管材中间产品按“外-内-外”的顺序进行机械加工，采用较高精度的定位基准，有效避免了壁厚、内径和外径偏差给加工精度造成的影响，保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和表面要求，大幅提高了TC4钛合金无缝管材的质量，进而提高了成材率，提高了TC4钛合金无缝管材的综合力学性能，尤其是抗拉强度和屈服强度。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤二中所述TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸比步骤一中确定的TC4钛合金挤压管坯的内径尺寸大5mm，且TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸公差为0～+0.5mm。通过上述限定为挤压加工留出足够的加工余量，有利于减少加工偏差。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤三中所述包套采用的材料为黄铜，所述包套的厚度为1.5mm或2mm。铜的延展性好，挤压过程中能始终附着在TC4钛合金空心棒坯的表面，减少了挤压热损失，同时黄铜的润滑效果较好，有利于挤压过程中的脱模和防粘结；另外，高温状态下铜与钛不易形成络合物，保证了TC4钛合金挤压管坯基体化学成分的稳定性。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤三中所述加热保温的具体过程为：采用感应加热的方式将包套后的TC4钛合金空心棒坯加热至850℃～900℃，然后在10s内转移至箱式电阻炉中保温40min～60min。上述加热保温的加热效率高，有利于挤压过程的顺利进行。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤三中所述挤压采用的挤压比为8.2～11.4，挤压采用的挤压模具的挤压筒内径比TC4钛合金空心棒坯外径大5mm，挤压针外径比TC4钛合金空心棒坯内径小3mm，所述挤压的速度为60mm/s～90mm/s。采用上述挤压的工艺参数和挤压条件，进一步提高了TC4钛合金挤压管坯的精度，从而保证了TC4钛合金挤压管坯的尺寸稳定性，得到综合力学性能较好的TC4钛合金挤压管坯。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤五中所述粗车外圆的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行装夹调整，通过三爪卡盘夹持TC4钛合金无缝管材中间产品的前端，通过车床的尾座顶尖顶住TC4钛合金无缝管材中间产品的后端并固定，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分2～5次完成外径1mm～3mm的总去除量的车削；所述粗镗削的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行夹持调整，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分3～4次完成内径1mm～2mm的总去除量的车削；所述精镗削的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分2～4次完成内径0.5mm～1.5mm的总去除量的车削。首先采用加工精度高的车床进行低转速慢走刀车削，进行大去除量的车削，使TC4钛合金无缝管材中间产品尺寸快速接近于TC4钛合金无缝管材，然后采用低转速慢走刀、大进给量进行总去除量相对较大的粗镗削，再采用高转速慢走刀、小进给量进行精确车削，保证经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品的尺寸精度，提高其内、外表面的质量。通常，经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品表面的粗糙度为0.8μm～1.6μm。

上述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤六中所述精车外圆采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3～4次完成内径1mm～2mm的总去除量的车削。上述精车外圆的加工参数精确保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和表面质量，通常TC4钛合金无缝管材表面的粗糙度为0.8μm～1.6μm，满足了产品的表面质量要求。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用挤压和机械加工相结合的方法制备TC4钛合金无缝管材，首先通过挤压成型获得综合力学性能较好的TC4钛合金挤压管坯，扩大了TC4钛合金挤压管坯的尺寸规格，为后续工艺提供基础，然后对TC4钛合金无缝管材中间产品进行机械加工，采用较高精度的定位基准，有效避免了壁厚、内径和外径偏差给加工精度造成的影响，有效保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和表面要求，大幅提高了TC4钛合金无缝管材的质量，同时提高了TC4钛合金无缝管材的综合力学性能，尤其是抗拉强度和屈服强度，且TC4钛合金无缝管材的外径和壁厚尺寸优异，偏差较小，表面质量良好。

2、本发明的机械加工过程采用“外-内-外”的机械加工顺序，有效保证了TC4钛合金无缝管材的尺寸精度和表面要求，大幅提高了TC4钛合金无缝管材的合格率，其合格率可达98％以上，大幅节省了原材料成本。

3、本发明得到的产品TC4钛合金无缝管材的规格范围受工艺和设备的制约程度较小，且外径公差、壁厚公差、壁厚偏差较小，其定尺长度可达2000mm，同时具有优良的力学性能；本发明的加工方法操作性强，可以实现批量化生产，便于推广使用，降低了原材料浪费，大大降低了生产成本。

4、本发明制备的TC4钛合金无缝管材的尺寸规格范围较广，且综合力学功能优异，可满足现有飞行器起落架用的需求。

5、本发明方法中的步骤均可通过通用设备完成，无需配制专用设备和工模具，大大节省了生产成本。

下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明实施例1～实施例5中所述的TC4钛合金无缝管材的单支成材率(％)＝(单支TC4钛合金无缝管材的质量/生产单支TC4钛合金无缝管材投入的TC4钛合金实心棒坯的质量)×100％。

实施例1

本实施例包括以下步骤：

步骤一、根据目标产品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸24mm×4mm×～2100mm(直径×壁厚×长度)，确定TC4钛合金挤压管坯的规格尺寸为28mm×7.5mm×～2270mm(外径×壁厚×长度)，结合本实施例挤压工艺采用的挤压比11.4确定TC4钛合金空心棒坯的规格尺寸为80mm×18mm×230mm(外径×内径×长度)，从而确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸为80mm×230mm(直径×长度)，同时根据挤压比确定挤压模具的挤压筒内径为85mm，挤压针外径为15mm；

步骤二、按步骤一中确定的TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸选择尺寸为80mm×230mm(直径×长度)的TC4钛合金实心棒坯，然后从TC4钛合金实心棒坯的截面圆心位置处进行钻孔，得到规格尺寸为80mm×18mm×230mm(外径×内径×长度)的TC4钛合金空心棒坯，TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸公差为0～+0.3mm，该TC4钛合金空心棒坯的内外表面均光滑整洁无裂纹，且无明显的车削纹路；

步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金空心棒坯的内外表面采用厚度为1.5mm的黄铜板材包覆，端面采用厚度为1.5mm的黄铜垫包覆，然后经加热保温后采用600t卧式挤压机进行挤压，得到尺寸规格为28mm×7.5mm×～2270mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金挤压管坯；所述加热保温的具体过程为：采用感应加热的方式将包套后的TC4钛合金空心棒坯加热至850℃，然后在6s～9s内转移至箱式电阻炉中保温60min；所述挤压的速度为80mm/s，挤压比11.4；

步骤四、将步骤三中得到的TC4钛合金挤压管坯进行1次余温热矫直，余温热矫直的温度为480℃～500℃，然后分别进行切除头尾，其中，头部的切除长度为40mm～45mm，尾部的切除长度为100mm～150mm，再采用车床对端面进行平整和倒角，使端面达到光滑无台阶，倒角的尺寸为0.5mm×45°，得到尺寸规格为28mm×7.5mm×2130mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材中间产品；所述经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度为0.3‰～0.7‰；

步骤五、将步骤四中得到的TC4钛合金无缝管材中间产品分别以内孔为基准定心进行粗车外圆，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行装夹调整，通过三爪卡盘夹持TC4钛合金无缝管材中间产品的前端，通过车床的尾座顶尖顶住TC4钛合金无缝管材中间产品的后端并固定，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分2次完成外径2mm的总去除量的车削，加工至尺寸为26mm×6.5mm×2130mm(直径×壁厚×长度)，再以经粗车外圆后的TC4钛合金无缝管材中间产品的外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行夹持调整，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分2次完成内径1mm的总去除量的粗镗削，再用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3次完成内径0.5mm的总去除量的精镗削，加工至尺寸为26mm×5mm×2130mm(直径×壁厚×长度)；

步骤六、将步骤五中经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行精车外圆，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3次完成内径2mm的总去除量的外圆车削，直至尺寸为24mm×4mm×2130mm(直径×壁厚×长度)，然后进行切定尺，再对端面进行车削并对内外圆孔口倒角，倒角的尺寸为0.5mm×45°，得到尺寸为24mm×4mm×2100mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。

采用本实施例的方法加工得到10支尺寸为24mm×4mm×2100mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。经检测，采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的屈服强度为880MPa～885MPa，抗拉强度为970MPa～985MPa，满足现有技术中屈服强度大于860MPa、抗拉强度大于950MPa的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的外径公差D＝24(-0.02～+0.05)mm，壁厚公差t＝4(0～+0.06)mm，长度公差L＝2100(+2～+4)mm，壁厚偏差δt＝0.02～0.06mm，满足外径公差(D±0.20mm)、壁厚公差(t±0.10mm)、长度公差(L+5 0mm)和壁厚偏差(δt≤0.10mm)的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的表面粗糙度Ra＝1.6μm～2.0μm，满足Ra≤3.2μm技术要求；采用本实施例的方法加工得到10支TC4钛合金无缝管材的内、外表面光滑无台阶，无明显振刀纹，满足技术条件，各项指标均合格，为合格的产品，即本实施例的方法的成品率为100％。本实施例制备得到的TC4钛合金无缝管材的单支成材率为46％以上。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三中采用的黄铜板材和黄通垫的厚度均为2mm，加热的温度为880℃，转移时间为5s～8s，保温时间为50min，挤压速度为60mm/s；步骤四中余温矫直的次数为2次，余温矫直的温度为480℃～520℃，头部的切除长度为40mm～55mm，尾部的切除长度为100mm～135mm。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：步骤三中采用的黄铜板材和黄通垫的厚度均为2mm，加热的温度为900℃，转移时间为6s～8s，保温时间为40min，挤压速度为90mm/s；步骤四中余温矫直的次数为3次，余温矫直的温度为485℃～520℃，头部的切除长度为45mm～60mm，尾部的切除长度为100mm～130mm。

实施例4

本实施例包括以下步骤：

步骤一、根据目标产品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸60mm×3mm×2000mm(直径×壁厚×长度)，确定TC4钛合金挤压管坯的规格尺寸为65mm×7.5mm×～2260mm(外径×壁厚×长度)，结合本实施例挤压工艺采用的挤压比8.2确定TC4钛合金空心棒坯的规格尺寸为125mm×55mm×310mm(外径×内径×长度)，从而确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸为125mm×310mm(直径×长度)，同时根据挤压比确定挤压模具的挤压筒内径为130mm，挤压针外径为52mm；

步骤二、按步骤一中确定的TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸选择尺寸为80mm×230mm(直径×长度)的TC4钛合金实心棒坯，然后从TC4钛合金实心棒坯的截面圆心位置处进行钻孔，得到规格尺寸为125mm×55mm×310mm(外径×内径×长度)的TC4钛合金空心棒坯，TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸公差为0～+0.5mm，该TC4钛合金空心棒坯的内外表面均光滑整洁无裂纹，且无明显的车削纹路；

步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金空心棒坯的内外表面采用厚度为1.5mm的黄铜板材包覆，端面采用厚度为1.5mm的黄铜垫包覆，然后经加热保温后采用3150t卧式挤压机进行挤压，得到尺寸规格为65mm×7.5mm×～2260mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金挤压管坯；所述加热保温的具体过程为：采用感应加热的方式将包套后的TC4钛合金空心棒坯加热至850℃，然后在5s内转移至箱式电阻炉中保温40min；所述挤压的速度为70mm/s，挤压比为8.2；

步骤四、将步骤三中得到的TC4钛合金挤压管坯进行1次余温热矫直，余温热矫直的温度为480℃～550℃，然后进行切除头尾，其中，头部的切除长度为60mm，尾部的切除长度为150mm，再采用车床对端面进行平整和倒角，使端面达到光滑无台阶，倒角的尺寸为1.0mm×45°，得到尺寸规格为65mm×7.5mm×2050mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材中间产品；所述经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度为0.3‰～0.6‰；

步骤五、将步骤四中得到的TC4钛合金无缝管材中间产品分别以内孔为基准定心进行粗车外圆，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行装夹调整，通过三爪卡盘夹持TC4钛合金无缝管材中间产品的前端，通过车床的尾座顶尖顶住TC4钛合金无缝管材中间产品的后端并固定，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分5次完成外径3mm的总去除量的车削，加工至尺寸为62mm×6mm×2050mm(直径×壁厚×长度)，再以经粗车外圆后的TC4钛合金无缝管材中间产品的外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行夹持调整，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分4次完成内径1.5mm的总去除量的粗镗削，再用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3次完成内径0.5mm的总去除量的精镗削，加工至尺寸为62mm×4mm×2050mm(直径×壁厚×长度)；

步骤六、将步骤五中经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行精车外圆，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分4次完成内径2mm的总去除量的外圆车削，直至尺寸为60mm×3mm×2050mm(直径×壁厚×长度)，然后进行切定尺，再对端面进行车削并对内外圆孔口倒角，倒角的尺寸为1mm×45°，得到尺寸为60mm×3mm×2000mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。

采用本实施例的方法加工得到48支尺寸为60mm×3mm×2000mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。经检测，采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的屈服强度为887MPa～892MPa，抗拉强度为965MPa～971MPa，满足现有技术中屈服强度大于860MPa、抗拉强度大于950MPa的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的外径公差D＝60(-0.02～+0.02)mm，壁厚公差t＝3(0～+0.03)mm，长度公差L＝2000(+1～+4)mm，壁厚偏差δt＝0.02～0.05mm，满足外径公差(D±0.15mm)、壁厚公差(t±0.10mm)、长度公差(L+5 0mm)和壁厚偏差(δt≤0.10mm)的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的表面粗糙度Ra＝1.6μm～2.0μm，满足Ra≤3.2μm技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材中的48支TC4钛合金无缝管材的内、外表面光滑无台阶，无明显振刀纹，满足技术条件，各项指标均合格，为合格的产品，即本实施例的方法的成品率为100％。本实施例制备得到的TC4钛合金无缝管材的单支成材率为30％以上。

实施例5

本实施例包括以下步骤：

步骤一、根据目标产品TC4钛合金无缝管材的规格尺寸34mm×4mm×2000mm(直径×壁厚×长度)，确定TC4钛合金挤压管坯的规格尺寸为37mm×8mm×～2250mm(外径×壁厚×长度)，结合本实施例挤压工艺采用的挤压比10.2确定TC4钛合金空心棒坯的规格尺寸为95mm×26mm×250mm(外径×内径×长度)，从而确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸为95mm×250mm(直径×长度)，同时根据挤压比确定挤压模具的挤压筒内径为100mm，挤压针外径为23mm；

步骤二、按步骤一中确定的TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸选择尺寸为95mm×250mm(直径×长度)的TC4钛合金实心棒坯，然后从TC4钛合金实心棒坯的截面圆心位置处进行钻孔，得到规格尺寸为95mm×26mm×250mm(外径×内径×长度)的TC4钛合金空心棒坯，TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸公差为0～+0.3mm，该TC4钛合金空心棒坯的内外表面均光滑整洁无裂纹，且无明显的车削纹路；

步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金空心棒坯的内外表面采用厚度为2mm的黄铜板材包覆，端面采用厚度为2mm的黄铜垫包覆，然后经加热保温后采用600t卧式挤压机进行挤压，得到尺寸规格为37mm×8mm×～2250mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金挤压管坯；所述加热保温的具体过程为：采用感应加热的方式将包套后的TC4钛合金空心棒坯加热至880℃，然后在10s内转移至箱式电阻炉中保温50min；所述挤压的速度为75mm/s，挤压比为10.2；

步骤四、将步骤三中得到的TC4钛合金挤压管坯进行1次余温热矫直，余温热矫直的温度为460℃～520℃，然后进行切除头尾，其中，头部的切除长度为80mm，尾部的切除长度为120mm，再采用车床对端面进行平整和倒角，使端面达到光滑无台阶，倒角的尺寸为0.6mm×45°，得到尺寸规格为37mm×8mm×2050mm(外径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材中间产品；所述经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度为0.3‰～0.7‰；

步骤五、将步骤四中得到的TC4钛合金无缝管材中间产品分别以内孔为基准定心进行粗车外圆，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行装夹调整，通过三爪卡盘夹持TC4钛合金无缝管材中间产品的前端，通过车床的尾座顶尖顶住TC4钛合金无缝管材中间产品的后端并固定，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分4次完成外径2mm的总去除量的车削，加工至尺寸为35mm×7mm×2050mm(直径×壁厚×长度)，再以经粗车外圆后的TC4钛合金无缝管材中间产品的外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削，具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行夹持调整，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分4次完成内径2mm的总去除量的粗镗削，再用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3次完成内径0.5mm的总去除量的精镗削，加工至尺寸为35mm×4.5mm×2050mm(直径×壁厚×长度)；

步骤六、将步骤五中经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行精车外圆，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3次完成内径1mm的总去除量的外圆车削，直至尺寸为34mm×4mm×2050mm(直径×壁厚×长度)，然后进行切定尺，再对端面进行车削并对内外圆孔口倒角，倒角的尺寸为0.5mm×45°，得到尺寸为34mm×4mm×2000mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。

采用本实施例的方法加工得到82支尺寸为34mm×4mm×2000mm(直径×壁厚×长度)的TC4钛合金无缝管材。经检测，采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的屈服强度为892MPa～905MPa，抗拉强度为987MPa～998MPa，满足现有技术中屈服强度大于860MPa、抗拉强度大于950MPa的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的外径公差D＝34(-0.03～+0.05)mm，壁厚公差t＝4(0～+0.03)mm，长度公差L＝2000(+1～+3)mm，壁厚偏差δt＝0.03～0.08mm，满足外径公差(D±0.20mm)、壁厚公差(t±0.10mm)、长度公差(L+5 0mm)和壁厚偏差(δt≤0.10mm)的技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材的表面粗糙度Ra＝1.6μm～2.0μm，满足Ra≤3.2μm技术要求；采用本实施例的方法加工得到的TC4钛合金无缝管材中的80支TC4钛合金无缝管材的内、外表面光滑无台阶，无明显振刀纹，满足技术条件，各项指标均合格，为合格的产品，即本实施例的方法的成品率为98％。本实施例制备得到的TC4钛合金无缝管材的单支成材率为43％以上。

以上所述，仅是本发明的较佳配料范围实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、根据目标产品TC4钛合金无缝管材进行计算，确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸；所述计算过程为：根据目标产品TC4钛合金无缝管材的外径、壁厚和长度设定对应的切削余量，结合外径、壁厚和长度对应的切削余量确定TC4钛合金挤压管坯规格尺寸，根据TC4钛合金挤压管坯规格尺寸和挤压工艺设计采用的挤压比确定TC4钛合金空心棒坯的规格尺寸，从而确定TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸；

步骤二、按步骤一中确定的TC4钛合金实心棒坯的规格尺寸选择TC4钛合金实心棒坯，然后从TC4钛合金实心棒坯的圆心位置处进行钻孔，得到TC4钛合金空心棒坯；所述挤压采用的挤压比为8.2～11.4，挤压采用的挤压模具的挤压筒内径比TC4钛合金空心棒坯外径大5mm，挤压针外径比TC4钛合金空心棒坯内径小3mm，所述挤压的速度为60mm/s～90mm/s；

步骤三、将步骤二中得到的TC4钛合金空心棒坯的内外表面及端面进行包套，经加热保温后进行挤压，去除包套后得到TC4钛合金挤压管坯；

步骤四、将步骤三中得到的TC4钛合金挤压管坯进行热矫直，然后依次进行切除头尾和端面车削、倒角，得到TC4钛合金无缝管材中间产品；所述经热矫直后的TC4钛合金挤压管坯的直线度不超过0.7‰；

步骤五、将步骤四中得到的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行粗车外圆，然后以外圆为基准定心对内孔表面依次进行粗镗削和精镗削；所述粗车外圆的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行装夹调整，通过三爪卡盘夹持TC4钛合金无缝管材中间产品的前端，通过车床的尾座顶尖顶住TC4钛合金无缝管材中间产品的后端并固定，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分2～5次完成外径1mm～3mm的总去除量的车削；所述粗镗削的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床对TC4钛合金无缝管材中间产品进行夹持调整，然后采用转速为30rpm～80rpm、进给量为0.1mm/rpm～0.6mm/rpm的低转速慢走刀的车削参数分3～4次完成内径1mm～2mm的总去除量的车削；所述精镗削的具体过程为：采用加工精度为IT8～IT7，加工表面粗糙度为0.8μm～1.6μm的车床，采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分2～4次完成内径0.5mm～1.5mm的总去除量的车削；

步骤六、将步骤五中经精镗削后的TC4钛合金无缝管材中间产品以内孔为基准定心进行精车外圆，然后进行切定尺，得到TC4钛合金无缝管材；所述精车外圆采用转速为80rpm～200rpm、进给量为0.05mm/rpm～0.50mm/rpm的高转速慢走刀的车削参数分3～4次完成内径1mm～2mm的总去除量的车削。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤二中所述TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸比步骤一中确定的TC4钛合金挤压管坯的内径尺寸大5mm，且TC4钛合金空心棒坯的内径尺寸公差为0～+0.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤三中所述包套采用的材料为黄铜，所述包套的厚度为1.5mm或2mm。

4.根据权利要求1所述的一种飞行器起落架用TC4钛合金无缝管材的加工方法，其特征在于，步骤三中所述加热保温的具体过程为：采用感应加热的方式将包套后的TC4钛合金空心棒坯加热至850℃～900℃，然后在10s内转移至箱式电阻炉中保温40min～60min。