钛合金构件激光快速成形技术，以钛合金粉末为原料，通过激光熔化逐层沉积(“生长制造”)，直接由零件CAD模型一步完成高性能钛合金构件的“近净成形”，是一种变革性的短周期、低成本、无模、数字化、先进的制造技术。与整体锻造等钛合金传统制造技术相比，钛合金构件激光快速成形技术具有组织细小均匀、综合力学性能优异，无需锻造加工及锻造模具，材料利用率高、机械加工余量小、数控加工时间短、柔性高效等突出优点。通过近10年的攻关，我国已率先实现激光快速成形大型钛合金主承力构件的装机应用。
激光快速成形钛合金零件的表面形貌特征、显微组织、力学性能以及尺寸余量等与传统铸造和锻造钛合金存在明显差异，其机切削工艺也与传统锻造钛合金存在差异。目前尚无有关激光快速成形钛合金的切削加工工艺的研究报道。本课题分析了激光快速成形TA15钛合金制件的表面形貌特征和硬度分布均匀性，重点研究了激光快速成形TA15钛合金构件的铣削、镗削、钻孔等切削工艺性能，切削加工刀具材料选择和铣削工艺参数优化。
试验方法
选择北京航空航天大学激光快速成形的TA15 钛合金飞机构件作为典型试验件。TA15钛合金飞机构件激光快速成形后按照(750±20)℃/(2～3)h，AC热处理制度进行去应力退火。采用BX51M 型光学金相显微镜(OM)和JSM25800型扫描电子显微镜(SEM)观察分析激光快速成形TA15钛合金材料的显微组织，在MH-6型半自动显微硬度计上测试了材料的显微硬度。
在中国航天三院159厂采用XH718/1型三轴立式数控加工中心、意大利JOBS公司J243型五轴数控龙门铣床、德国TCX110型四轴数控镗铣床和昆明机床厂TK6913A型四轴数控镗铣床等进行了激光快速成形TA15钛合金材料的铣削、镗削和钻孔等切削加工工艺研究，并选用锻造TA15 钛合金材料进行了加工工艺性能对比研究。
激光快速成形TA15钛合金构件表面形貌特征
TA15钛合金构件激光快速成形后获得“近终形”钛合金零件毛坯，其表面形貌状态将影响铣削粗加工刀具材料和铣削参数的选择。本课题首先分析总结了激光快速成形TA15钛合金材料的表面形貌特征，为铣削加工工艺优化提供指导。
如图1所示，激光快速成形逐道搭接扫描、逐层熔化沉积的工艺特点和液态金属凝固过程中表面张力共同作用下，TA15钛合金构件激光快速成形后的表面呈现一种规则的波纹起伏 “鱼鳞纹”状形貌，与锻件和铸件较为平整的表面形貌明显不同。研究同时表明，通过控制激光功率、光束直径、送粉量和扫描速度等激光成形关键工艺参数，可以调节单层熔化沉积高度和熔池形貌，从而实现对工件表面质量的控制，特别是粉末流的汇聚性和光- 粉的耦合作用效果，对成形工件表面质量的影响十分明显。当粉末流发散度较大时，未被捕获入熔池的粉末较多，在洒落过程中极易被半熔化或烧结粘附于工件侧壁表面(经后续热处理过程后成为一系列孤立凸起的氧化物硬质颗粒)(图2)。
图2 激光快速成形钛合金零件表面粘结粉末形貌实物照片
激光快速成形钛合金零件这一特殊的表面形貌特征，对其粗加工有较大影响。对激光快速成形TA15钛合金飞机构件的粗加工工艺研究表明，当粗加工首次切削深度小于激光成形制件表面粗糙度时，由于刀刃直接接触波纹起伏层(相对硬的氧化物层)或表面粘结氧化物颗粒，刀具磨损较快，崩刃现象频繁发生，加工过程噪声和振动较大。
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