0引言
Ta-W合金是一种高强度、高熔点、高冲击阻抗的重金属材料，有很高的延展性，很强的高温抗腐蚀能力[1]，目前被广泛应用于航天、航空领域。Ta-W合金早期应用到破甲弹等药型罩材料[2]，现在因为能承受近3000°高温流的冲刷以及良好的延展性越来越多应用于导弹燃气舵连接件，火箭和飞机的热应力构件。Ta-W耐磨性非常好，导致切削加工的工艺性非常差，刀具与Ta-W合金切削一段时间后，切屑在切削热作用下容易与刀具粘接，其相互作用以挤压形式呈现，导致刀具加工过程会出现崩刃现象，造成零件表面质量差，难以保证表面粗糙度及形位公差要求。目前，国内研究Ta-W材料的生产制造工艺非常少，仅有一篇文献以Ta-12W合金精密切削入手详细研究了加工性能[3]，本文以Ta-10W销钉加工为例，针对轴类零件加工方法、刀具选择以及形位公差无法保证的原因进行阐述，最终总结适合加工Ta-10W销钉的车削加工参数。
1 Ta-10W销钉工艺性分析
1.1材料属性分析
销钉材料是Ta-10W，该材料属于高钨含量的钽钨合金，钽中加入高比例成分的钨。钨的含量对合金的性质有着很大的影响，合金强度和硬度随钨含量增加线性增长，合金延性随钨含量增加下降不显著，意味着高钨含量的Ta-10W合金既有硬度又有良好的塑性。Ta-10W合金是高熔点材料，在300°左右时开始轻微氧化，加热到500°以上时材料表面迅速氧化，形成氧化层，容易使刀具崩刃、破坏。
1.2刀具选择
根据材料属性，Ta-10W材料初始加工相对容易，当表面形成氧化层后，材料硬化严重，使切削刃应力集中、切削力增大，造成刀具崩刃、破坏，同时，材料塑性非常好，刀具不锋利会使切屑瘤附着在刀刃处，刀具与材料切削面积增大，切削形式由剪切变成挤压，刀具切削刃附件产生极高的热应力，进一步降低刀具使用寿命。综上所述，刀具几何参数应该选择大前角，大后角；刀具材料要保证耐磨、抗亲和能力等特点。经过实践证明，陶瓷刀具耐磨性好，具有良好韧性，加工后的零件表面质量相对于其他刀具较好，切屑呈长条带，如表1所示。立方氮化硼刀具，极易崩刃，切屑呈节状，切削主要表现形式是挤压，切削性能不好。
表1 各种刀具加工性能试验对比
1.3受力分析
轴类零件主要用车床车削加工外圆，当零件为细长轴时，会用顶针进行夹持，防止零件进行振动，增强零件刚性。直径ф10的45号钢等材料车床加工成直径ф40 -0.018，长度39.80 -0.05不需要顶针进行稳固，但是Ta-10W销钉加工时会出现弯曲变形现象，如图1所示。
图1 Ta-10W销钉加工变形图
变形的主要原因是，车床三抓卡盘夹持Ta-10W材料一端，在另一端开始切削加工，会给零件一个径向力，此模型为材料力学中典型的悬臂梁受力模型。不需要顶针的装夹方式导致零件刚性不够，当受到切削力时，会出现弯曲现象。切削力公式：
v f代表切削速度，f代表进给量，a p代表背吃刀量，x，y，z是切削系数。
实际加工，切削速度是500r/min，进给量是0.5mm，背吃刀量是0.5mm时，悬臂梁零件受力为8N，零件出现弯曲现象。证明小直径、细长的Ta-10W轴类零件不能持续受到8N以上的切削力。
1.4工艺参数确定
切削加工中的切削用量参数主要包括切削速度、进给量和背吃刀量。这三个参数的增大都会使切削力增大。切削力增大会使零件发生弹—塑性变形，同时加剧刀具磨损，降低刀刃寿命，造成零件表面质量不好。其中，对切削力影响最大的是切深，其次是进给量。切削速度对切削力影响最小。通过表2可知，陶瓷刀具 切削速度是800r/min，进给量是0.3mm，背吃刀量是0.02mm时，零件加工质量较好，刀具磨损速度慢，车削效果好，适当调节背吃刀量，可以进一步提高刀具使用寿命。
表2 陶瓷刀具切削参数对比
2 加工工艺方法及试验
2.1工艺方法
针对Ta-10W销钉的加工方法如下：
端面制中心孔—粗车—精车外圆留余量—割断—去掉中心孔—磨外圆
为了提升加工效率，同时增长刀具的使用寿命，粗、精加工一定要用切削液，通过实践证明，菜籽油冷却效果比乳化液要好得多。另外，无心外圆磨床磨销钉之前，单边余量不易过多，一般单边余量为0.15mm为最佳方案。
2.2试验验证
利用数控车床C2-6150对零件外圆进行车削加工，利用无心外圆磨床对销钉进行磨削，Ta-10W合金零件加工效果如图2所示。零件尺寸精度和表面光洁度满足设计要求，每加工8件零件，只需刃磨2片刀片。
图2 零件加工实物图
3 结束语
本文从材料属性入手，初步分析零件加工的工艺性，通过加工过程零件受力分析、刀具材料的选择、工艺参数确定等方向研究Ta-10W的加工性能，最终给出适合Ta-10W销钉的加工工艺方法。试验表明了该工艺方法的有效性和可行性。本文积累了关于Ta-W合金材料加工经验，提高了零件加工质量，为加工Ta-W合金材料加工奠定了理论和实践基础。
参考文献
[1] 金嘉.TA-W合金微细电火花加工技术研究[].哈尔滨工业大学硕士学位论文.2007.
[2] 吴兴全.钽及其合金的用途[J].稀有金属快报，1999（12）：15.
[3] 陈华，宋志坤.TA-12W精密切削加工工艺研究[J].机械设计与制造，2012（09）：164-166.
