一种ta12、ta15钛合金大型结构件深度化学铣切方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钛合金大型筒体类零件深度化学铣切领域，具体为一种TA12、TA15钛 合金大型结构件深度化学铣切方法。
【背景技术】
[0002] 国外三代机发动机阶段开始应用复合材料结构外涵机匣，到了以F119为典型代表 的四代机发动机，又相对较多应用了钛合金化学铣外涵机匣。主要原因为随着发动机性能 的提尚，外涵道气流温度随之提尚，研制耐受更尚温度的尚性能树脂基复合材料存在瓶颈， 同时钛合金化学铣外涵机匣有成熟的应用经验，耐温能力高，并且经过不断改进，能够满足 四代机发动机的使用要求。
[0003] 随着对新一代发动机综合认识水平的提高，发现复合材料外涵机匣对外部附件全 部下置，零件数量和维护性等方面存在不利影响。国内也决定进行钛合金化学铣外涵机匣 的设计和工艺摸索，开展技术研究工作，是十分必要、十分迫切的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，采 用钛合金深度化学铣切技术完成钛合金整体、薄壁、网格状大型筒体类结构件的制造，满足 大型筒体类零件网格状化学铣切结构;从根本上避免机械加工带来的变形，解决焊接带来 强度降低问题，提高了构件整体刚性，同时缩短生产周期，减轻结构重量。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，该方法的工艺路线为:除油 -水洗-酸洗-水洗-涂保护胶-刻型-待铣表面保护胶膜去除-化学铣切-水洗-振 动光饰，在钛合金筒形件上采用深度化学铣切技术加工成薄壁网格肋，且经过一次刻型和 化学铣成型，得到带有全部安装座的化学铣机匣壳体。
[0007] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，化学铣切液配方及工艺 参数如下：
[0008] 浓度为42wt%的氢氟酸 30~7Qg/l; 浓度为65~68wt%的硝酸 100~155g/l; j/J'i 素 8~lOg/l;
[0009] 乙二醇丁酸： 35~38ml; 十二烷基硫酸钠 0.05~0.20g/l；
[0010] 其余为水；
[0011] 温度 15 ~40°C。
[0012] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，化学铣切液配制过程如 下:准确测量槽子体积，根据化学铣切液成分计算出各种化学药品用量;配制时，将计算量 的四分之一的水加入化铣槽中，打开抽风系统和风搅拌系统，加入计算量的十分之一的硝 酸和全部计算量的氢氟酸，边加边搅拌，直至充分混合均匀，加入余量的水和硝酸及其他添 加剂:尿素、乙二醇丁醚和十二烷基硫酸钠，搅拌均匀即可;溶液配制后，放置24h后使用。
[0013] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，根据需要在加入计算量 的十分之一的硝酸和全部计算量的氢氟酸之后，加入钛粉，钛粉的加入量为1.5~2g/l;待 钛粉完全溶解后，再加入余量的水和硝酸及其他添加剂。
[0014] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，涂保护胶时，采用喷枪喷 涂第一层胶膜2~3遍，涂胶区域应被完全覆盖，后续采用滚涂且保证胶膜无流淌后产生的 气泡，当达到胶膜厚度30~40mm时，利用电火花检测仪检测胶膜是否存在漏点，并对存在漏 点区域进行补胶后再进行整体滚涂。
[0015] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，刻型时采用激光刻型，起 点应从化学铣切揭胶表面开始，平滑过渡到边界线，以保证加强筋处胶膜完整，且刻型线应 宽窄均匀一致，光滑无毛刺。
[0016] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，化学铣切时，将装挂好的 TA12钛合金或TA15钛合金零件浸入化铣槽中，零件在化学铣切液中作定时正反向转动，电 机转速为120~130转/分，每15~30min更换一次电机的旋转方向。
[0017]所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，优选的，化学铣切液温度 控制在26±2°C。
[0018] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，零件经过化学铣切后存 在锐边，化学铣切锐边的处理方法是:采用振动光整加工方法对锐边进行处理倒圆，工艺参 数为:振动频率40~50Hz，振动时间5h，3 X 4三角刚玉磨料，粒度120目。
[0019] 所述的TA12、TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，化学铣切后，零件壁厚为 1 ±0.1mm，化学铣切后零件的含氢量不大于120ppm。
[0020] 本发明的优点及有益效果是：
[0021] 1、本发明钛合金化学铣切工艺及工艺流程、零件整体加工方法，采用化学铣切结 构代替钣金焊接组合零件，以满足发动机设计要求。它不仅填补国内钛合金大型整体、薄 壁、网格状结构零件深度化学铣切技术空白，而且已经广泛应用于国内发动机的研制生产， 与机械加工相比效率提高了80%以上。零件质量可靠，性能稳定，工艺可行，未发现异常，使 用情况良好，技术成熟。
[0022] 2、钛合金化学铣切成型时，通常要将金属零件全部浸入特定的化学溶液中，在特 定条件下，对同一种材料的不同部位，有选择地进行腐蚀，从而获得零件理想的形状和尺 寸。目前的钛合金化学铣切技术普遍应用于平板零件上，深度不大于3mm。本发明化学铣切 在大型筒体类(非平板)零件上进行，使化学铣切深度可达到9mm，化学铣切结构为网格状， 不但化学铣切深度深，零件化学铣切后尺寸均匀性、结构型面保证、长时间化学铣切胶膜结 合力和非加工表面过腐蚀等控制难度大，尺寸精度要求高。
[0023] 3、本发明提出钛合金化学铣切方法后，满足了设计要求的技术指标，从根本上避 免了机械加工带来的变形，解决了焊接带来安装座连接强度降低问题，实现了发动机表面 处理技术由辅助到制造的跨越，且本发明可被推广至其它各型号发动机使用。
[0024] 4、本发明与常规的化学铣切技术相比，具有更深的铣切深度，复杂的铣切型面，化 学铣切均匀性更好，精度高，粗糙度值、渗氢量及变形量小，特别适于发动机薄壁复杂易变 形零件的加工。
[0025] 5、本发明确定合理高效的去除化学铣切尖边的方法，即要保证尖边去除，同时还 要保证零件的尺寸精度及光度，降低生产成本。采用高效率将振动光饰技术应用于化学铣 切尖边的倒角，提高工作效率10倍以上。
[0026] 6、本发明属于国内首次采用化学铣切技术对大型筒体类钛合金材料零件加工，极 大地提高了我国发动机的制造技术水平，推动了钛合金深度化学铣切技术的进步，达到了 国际先进发动机使用的化学铣切处理制造技术水平。同时，本发明的社会效益还在于，其所 承载的技术还可推广应用于航天工业、燃机等其它民用产品。
【附图说明】
[0027] 图1为化学铣切前零件筒体示意图。
[0028] 图2为零件化学铣切结构模型图片。
[0029] 图3为局部放大化学铣切表面结构。
[0030] 图4为目视检查示意图。
【具体实施方式】
[0031]本发明主要是针对TA12或TA15钛合金结构件深度化学铣切技术与应用进行研究。 通常发动机的一些重要热力部件都是钣金焊接组合件，以往钛合金加力筒体等零件传统制 造工艺涉及板材成型、热定型、焊接、机械加工等，对于薄壁零件这种加工工艺无法保证壁 厚（1±0.1)_及变形量。另外，存在焊接带来安装座连接强度降低问题，使构件整体刚性下 降，而且生产周期长。另一方面，为了保证零件强度，只有通过增加零件的壁厚解决，从而使 结构重量增加。为此，提出采用化学铣切结构代替钣金焊接组合零件，以满足发动机使用要 求。
[0032] 国内之前的钛合金化学铣切只是对平板零件进行简单结构的化学铣切，铣切深度 为3mm。本发明需要化学铣切的零件为发动机的一些重要热力部件，零件总长1086mm，内径 Φ 1050mm，筒体壁厚10mm，化学铣切后壁厚1 ± 0.1mm。如图1所示，本发明化学铣切前零件筒 体。如图2所示，零件化学铣切结构模型。如图3所示，局部放大化学铣切表面结构。在钛合金 中厚板（10mm)筒形件上采用深度化学铣切技术加工成薄壁网格肋，且经过一次刻线和化学 铣成型即可得到带有全部安装座的化学铣机匣壳体，相当于取消了若干安装座零件，零件 数相对减少60%，整个外涵机匣共仅有5条焊缝，结构和工艺大量简化。
[0033] 在具体实施过程中，本发明TA12或TA15钛合金大型结构件深度化学铣切方法，其 工艺路线为:除油-水洗-酸洗-水洗-涂保护胶(非化学铣切面)-刻型-待铣表面保护 胶膜去除-化学铣切-水洗-振动光饰。
[0034] 1、确定化学铣切液配方及工艺参数 氢氟酸HF(42wt%) (30~70) g/1;
[0035] 石丨、1 酸 HN〇3(65 ~68wt%) (100~155)g/l; 尿素 (8~10) g/h 乙二醇丁醚 (35~38) ml;
[0036] 十二烷基硫酸钠 （0·05~0.20) g/1;
[0037] 其余为水；
[0038] 温度 （15~40)°C;
[0039] 其中，尿素作为稳定剂，乙二醇丁醚作为润湿剂，十二烷基硫酸钠作为表面活性 剂。另外，根据需要可以加入钛粉1.5~2g/l。
[0040] 2、操作方法
[0041] 2.1零件吹砂前用丙酮擦拭表面，去除零件因周转造成的二次污染。
[0042] 2.2检查零件吹砂后表面质量，零件外表面应100%吹砂。吹砂压力0.1~0.2MPa， 喷嘴距零件表面距离200~300mm，金刚砂粒度150~200目。
[0043] 2.3采用喷枪喷涂第一层胶膜2~3遍，涂胶区域应被完全覆盖。后续采用滚涂且保 证胶膜无流淌后产生的气泡。
[0044] 2.4当达到胶