TC4钛合金四桥纵摆臂研制成功
2025-10-14
在航空航天、新能源等前沿领域对材料性能要求日益严苛的背景下，TC4钛合金（Ti-6Al-4V）因其在高温、循环载荷及腐蚀环境中的卓越表现，成为关键部件的理想之选。然而，该α+β双相合金的精密制造面临显著瓶颈：其一，材料高强韧性与低导热性矛盾，导致切削刀具磨损剧烈，加之较低弹性模量，加剧了工件加工变形风险；其二，成型过程需全程高纯氩气保护，严防杂质引发气孔及高温区微裂纹等冶金缺陷；其三，焊接环节氧气渗入会形成接头脆性层，而热循环产生的应力梯度更易导致构件变形甚至开裂。
近期，南京宝泰承接客户委托，试制一套异型焊接加工结构件产品——四桥纵摆臂。该产品规格达1192*566*549mm，加工难点在于：
1、部件拼焊时的难点：该部件两支腿中间需拼焊，大面积、深度的堆焊意味着需要长时间、高功率的热输入。异型件本身结构不规则，壁厚、截面变化大，导致热量分布极不均匀。厚壁区域散热慢、热量积聚严重。这种不均匀的热循环会产生巨大的焊接应力，导致工件发生严重且难以预测的扭曲、弯曲、角变形等。
2、质量检验中的难点：异型件的不规则表面和大厚度堆焊层给无损检测带来巨大挑战。常规的超声波检测耦合困难，信号解读复杂。射线检测需要多次透照，效率低且对厚件穿透力要求高。大深度堆焊内部的缺陷（如层间未熔合、夹渣、裂纹）检测难度更大。
3、精加工中的难点：虽然经过退火处理，但TC4材料导热性差、弹性模量低，焊接产生的高残余应力难以通过单次退火完全均匀消除。大面积的堆焊进一步加剧了应力分布的复杂性和不均匀性。在精加工去除材料时，应力重新平衡会导致工件发生显著的弹性及塑性变形。切削过程中，在刀具刃口附近会迅速形成高硬度的硬化层。这导致刀具磨损急剧加速，切削力持续增大，最终导致表面质量恶化风险高。
针对锻件毛坯的复杂机加工，还需要考虑工装夹具的设计。由于工件尺寸大、结构异型、壁厚变化显著，这类工装需要夹紧点位的选择、夹紧力的控制，既要保证加工过程的绝对稳固，又要最大限度地减少装夹引入的附加应力或变形风险。工装本身的刚性和精度也必须极高，以承受巨大的切削力并确保加工基准的可靠性。
对于以上三大难题，宝泰技术团队通过切削试验与工艺验证，最终确定了TC4四桥纵摆臂制造工艺方案。在锻件机加工环节，特别结合工件几何特征和应力分布预测，优化了工装设计方案，实现了高精度、低应力的装夹。基于TC4焊接件的残余应力分布与堆焊层硬度梯度特性，优化粗加工策略并强化过程监控；采用阶梯剥层切削与抗振刀具方案，有效抑制刀具异常磨损，降低加工振动幅度，同时显著提升了精加工尺寸合格率。
TC4钛合金四桥纵摆臂结构件的成功开发，标志着企业在先进材料应用与高端装备制造领域取得重大突破。伴随工艺精进，钛合金正突破传统边界，加速向核心装备领域渗透。我们将持续以技术创新拓宽应用市场，响应高端制造对材料轻量化、耐蚀性、高强韧性的迫切需求。秉持“技术驱动市场”战略，我们坚持需求与价值双导向，依托强大技术装备体系，在工艺创新、质量管控、成本优化等环节实施精益管理，推动企业向高端化、智能化持续升级。
