引言

钛合金拥有密度低、比强度高、热导率低、无毒无磁、可焊接等个性，是一种轻质高强度的结构资料
。目前，电子设备利用领域有显著的轻量化、幼型化、高不变性设计发展趋向，钛合金薄壁结构因其优良的综合机能，被宽泛利用于航空航天、船舶造作、化工设备、医疗器械等领域，然而，钛合金薄壁异形件的成型工艺较为复杂，存在加工难度大、成型效能低、成本高档问题
。

本文针对一种钛合金薄壁异形壳体零件的成型，综合思考资料个性、结构特点和加工精度，基于产品结构的资料个性、工艺规划、工艺流程、工艺措 施等给出相识决步骤，提高了零件加工精度和装配精度，为同类钛合金薄壁零件出产提供了凭据
。

1、钛合金薄壁异形壳体结构

钛合金薄壁异形壳体为半封关结构，是一种拥有屏蔽职能的结构件，如图1所示
。

该壳体结构是一种内环套表环、高低带底的屏 蔽罩结构，重要由内管、表管和两侧端盖组成，如图2所示
。材质为钛合金TC4，壳体全长78 mm，表径为38 mm，内径为25 mm，侧壁有一条从上到下、从里到表宽度为1 mm的接缝，要求宽度均匀一致，尺寸精度满足±0.1 mm要求
。其中，该薄壁异形壳体零件加工实现后，内表管之间需装配其他非金属零件，因而至少有一侧端盖必须为活动端盖，满足装配必要，且内装件与内表管的共同间隙仅有0.5～0.9 mm；本产品的屏蔽职能必要全数装配实现后，1 mm接缝满足（1±0.1）mm的尺寸要求，其余遍地接缝均需陆续封 关为一体，不允许佑装漏缝”
。

2、资料特点

钛合金TC4是一种中等强度的α+β型两相钛合金，具体化学成分如表1所示，力学机能参数如表2[1]所示，其拥有优良的抗蠕变机能，热强性及抗氧化性强、焊接性及耐蚀性优良，但塑性较低，变形抗力大，热加工机能较差，不能热处置强化[2]，是钛合金资猜中利用最广的一种
。钛合金是典型的难加工资料，导热系数仅为钢材的1/7，铝合金的1/30，切削过程刀 屑接触区极幼，单元面积上切削力大且热量难以排出，切削温度高，加之钛合金冷硬景象严沉，化学活性高，切削状态可能和险些所有的刀具资料产生化学反映，最终导致刀具极易产生磨损破损[3]
。

3、钛合金薄壁零件加工概况

钛合金薄壁零件凭据产品结构特点及批量有分歧的出产方式，在产品研造初期，通常会选择机加工或钣金成型工艺
。

针对幼型化、高精度钛合金零件的加工成型，通 ；嵫≡袷丶庸ぃㄊ爻怠⑹叵常┏尚，其中微铣削工艺因其加工效能相对较高且合用于复杂几何状态造作，在钛合金薄壁的加工中占有沉要职位[4]，是目前比力先进的造作工艺
。但因本蜗胙合金薄壁异 形壳体属于典型的薄壁结构，在资料切削过程中受力大局复杂，难以依照经典理论进行受力变形分析，即就是先进的切削工艺（微铣削），对尺寸精度的控 造也显得力不从心[5]
。

钣金成型工艺技术是薄壁结构的通例成型工艺
。冷成型工艺技术是利用最多迪胗金技术，但通常情况下冷成型步骤只能造作状态单一的零件，如支柱、角片等曲度平缓的零件，且钛合金常温可塑性极度差，成型后往往回弹很大，同时资料还产生强烈的冷作硬化，难以保障零件尺寸精度
。目前，航空领域钛合金薄壁零件通常选取热成型和超塑成型，还有喷丸成型、时效成型、旋压成型、热蠕造成型等先进迪胗金成型技术[6]，这些先进迪胗金工艺技术固然可能满足高精度、高质量的出产要求，但往往出产中必要适配模具，难度大、周期长、成本昂贵[7]
。

综上所述，针对本蜗胙合金薄壁异形壳体成型，通过数控加工或钣金工艺单一工艺技术实现存在多 方面问题，不合适产品现实出产使用
。因而，基于产品技术要求，创新性地综合使用多种传统成熟工艺 技术成为一种解决复杂钛合金薄壁零件成型加工难 题的思路
。

4、工艺性分析

4.1 原资料状态

通过市场调研可知，通常钛合金TC4管料不易采购，棒料和板料供货较多
。应尽量采购与零件同规格或规格靠近的管料，能够削减加工量；如无管料，通过优化工艺设计，棒料和板料也能够满足出产 必要
。

4.2 端盖成型

两侧端盖（图3）通过板料数控铣削或棒料数控车削均可成型，两种工艺步骤均能保障尺寸精度要求，成型工艺难度低
。

4.3 内表管成型

内表管凭据原资料状态有两种成型方式：板料围弯冷成型工艺和棒料机加工工艺
。下面以表管（图4）为例进行工艺性分析
。

4.3.1 板料围弯冷成型工艺

该零件结构自身属于非封关结构（1 mm接缝），相对曲率大且钛合金常温可塑性差，围弯后零件会产生较大的回弹景象，表形尺寸很难不变，图中表径尺寸φ380 +0.1、内径尺寸φ36-0.2 +0.2及接缝（1±0.1）mm无 法保障
。后续焊接过程中，零件无法维持围弯状态，易产生对接位移，焊接工装无法解除资料内应力和焊策应力等综合应力的影响，导致产品形位精度超差，统一批次分歧产品状态一致性较差
。

4.3.2 棒料机加工工艺

该零件通过棒料机加工成型，重要以数控加工（数控车、数控铣）和特种加工（电火花线切割）两种工艺技术实现
。

1）数控加工成型
。数控车削工艺实现壳体径向尺寸，数控铣削工艺实现1 mm接缝及其他凸台和孔
。切削过程中，切削力作用于薄壁上时，切削力将导致薄壁向背离刀具方向产生弹性和塑性两种变形
。去除切削力后，金属资猜中残存应力导致薄壁产生向背离刀具的方向持续变形的趋向
。然而，综合伙料弹性复原的作用，薄壁最终将向靠近刀具的方向产生肯定水平的回弹[4]
。1 mm接缝加工实现后，资料残存应力、加工应力和夹具夹紧力的开释，会造成壳体进一步变形，导致壳体表径尺寸φ380 +0.1、内径尺寸φ36-0.2 +0.2及接缝（1±0.1）mm无法保障
。

2）特种加工成型
。电火花线切割工艺实现壳体径向尺寸，数控铣削工艺实现1 mm接缝及其他凸台和孔
。这种工艺技术极大地降低了切削力作用到薄 壁上引起变形的影响，但1 mm接缝的加工仍无法预防上述变形问题
。

4.4 焊接

结合产品需要，1 mm接缝是产品的关键尺寸，保障各零件焊接后1 mm接缝尺寸精度及宽度均匀一致是工艺沉难点
。内表管和端盖在零件加工阶段实现1 mm接缝加工，综合应力导致的变形问题，会给焊接装夹定位带来难度，且焊接扰装响会进一步扩大变形量，最终导致1 mm接缝出现错位、尺寸超差以及产品状态一致性差等问题
。因而，为了保障焊接后产品尺寸要求，必要使用专用焊接工装，优化工艺流程
。

5、成型工艺规划

基于上述工艺性分析，萦绕降低加工难度和控 造变形造订工艺规划，选取自顶向下的设计思路，从产品装配工艺反推零件加工工艺，造订合适出产的 工艺设计规划
。

5.1 降低加工难度

内表管均选择钛合金TC4棒材，并通过统一件毛坯料套料加工实现，削减原资料去除量，降低加工难度
。

为解决钛合金切削工艺性差的难题，选择电火花线切割的方式包办数控加工实现去料加工，降低加工难度
。

为保障产品最终尺寸要求，针对（1±0.1）mm接缝的实现，选取工艺逆向思想，内表管及端盖零件加工时均不加工1 mm接缝，其余结构尺寸按现实加工，焊接实现后整体进行电火花线切割
。

5.2 节造变形

焊接及线切割过程中，端盖与内表管之间通过卡槽结构实现三向（X、Y、Z方向）限位及周向定位，使用专用焊接工装实现轴向限位，保障装配状态相对不变，节造变形
。

焊接过程，两侧端盖要求一侧焊，一侧不焊（后期内表管间需装配其他零件，无法两侧焊接封关），但两侧端盖均需装配至内表管上，节造因单侧端盖焊接导致的“喇叭口”变形
。

为了预防资料应力等导致切割后薄壁结构变形，在大量排料前，增长热处置去应力退火工艺措施
。

焊接方式选择钛合金TC4最常用的钨极氩弧焊（TIG），这种焊接方式可能提供高质量的焊缝，合用于薄壁异形件的精密焊接，且焊接过程中可通过合 理的焊接挨次及焊接工艺参数节造变形
。

6、工艺流程

钛合金薄壁异形壳体的成型工艺流程如图5所示
。

7、具体工艺措施

钛合金薄壁异形壳体成型具体工艺措施：

1）端盖加工
。凭据原资料供货状态，若是是板料，选取数控剪板机下料，思考装夹余量，两端盖可 一次性通过线切割工艺加工实现；若是是棒料，通过数控车削的方式实现，把稳1 mm接缝不加工
。

2）内表管加工
。钛合金TC4棒材通过锯切方式下料；表管表径和内管内径采取车削方式单侧留1 mm余量进行粗加工；在棒料端面内表径之间拔取相宜地位钻线切割穿线孔；热处置去应力；精加工车削内 表径到工件尺寸，分两次从表向内线切割出内表管；工件装夹时，选取轴向压板装夹，分两次加工，预防径向变形和接刀景象，把稳1 mm缝不加工
。

3）装配
。将两端盖和内表管装配在一路，通过端盖和壳体的限位卡槽卡住相邻两工件，预防径向转 动、轴向脱离；使用专用焊接工装——C型夹具（图6）将端盖与内表管体高低固定
。

4）焊接
。综合交叉使用对称焊、间歇焊节造焊接变形；焊接前，焊缝对应的两个零件周边倒角C0.5
。

5）钳建
。焊后C型夹具不拆除，焊缝处建光建平，既能保障后期装配不过问，还能通过物理打磨解除肯定的焊策应力，预防焊缝引起侵蚀等
。

6）电火花线切割
。线切割过程中C型夹具不拆除，1 mm缝整体一次性加工成型，保障缝隙均匀一致
。

7）洗濯
。上述装配体拆掉未焊侧端盖，各件用脱脂剂洗濯干净，尤其把稳焊接端较深内腔体不易清 洁干净
。

8）氧化
。为增长钛合金壳体的抗侵蚀性，对端盖和已焊接成型的组件别离进行氧化工艺处置
。

8、实现语

当今社会，造作工艺技术多样化，出产能力大幅提升，在单一工艺步骤无法经济、高效实现产品加工时，可综合使用多种工艺技术，阐扬多种工艺步骤优势，调整优化工艺路线，最终达到设计要求，保障产品精度
。本文所述钛合金薄壁异形壳体成型工艺综合使用了资料出产工艺性、数控切削、特种加工、焊接及工装、钳建等多种工艺技术，成功实现了薄壁异 形壳体零件的加工成型，是工艺技术和出产经验的总结，可对分歧金属材质的弱刚性结组成型加工起到领导作用
。

[参考文件]

[1] 高晓刚.影响TC4钛合金TIG焊接头力学机能的成分钻研[D].呼和浩特：内蒙古工业大学，2013.

[2] 程巨强，史超.钛合金的组织、机能及加工技术钻研进展[J].热加工工艺，2016，45（2）：5-8.

[3] 孙玉晶.钛合金铣削加工过程参量建模及刀具磨损状态预测[D].赤峰：山东大学，2014.

[4] 高延峰，刘彬彬，胡翱.BTi-6431S高温钛合金铣削加工切屑的微观描摹钻研[J].机械设计与造作，2016（1）：126-129.

[5] 李体仁，王悉颖.薄壁零件铣削分析及变形钻研技术，2018，52（2）：80-83.

[6] 张双.先进钣金成型技术在航空造作领域的利用[J].内燃机与配件，2019（12）：116-117.

[7] 马战鹏.某型机钛合金双曲度蒙皮冷拉成形回弹节造技术钻研[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.

收稿日期：2025-06-13

作者简介：赵蓓芳（1981—），女，山东德州人，硕士钻研生，高级工程师，钻研方向：电子设备结构工艺
。

（注，原文标题：钛合金薄壁异形壳体成型工艺钻研）