CN113909805B - Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 - Google Patents
Tc4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，包括以下步骤：锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理。本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相，通过深冷处理，促进亚稳态β相向α相的转变，同时细化组织晶粒，提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点，通过冷热循环处理，使加工过程中产生的残余应力得以释放。以及，进行阶梯深冷处理，有助于降温均匀，避免产生新的应力，从而获得高精度，残余应力降至最低，组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属材料加工领域，特别地，涉及一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法。
背景技术
TC4钛合金(即Ti-6Al-4V)具有优异的耐蚀性、低密度、极高的比强度，以及较好的综合性能、工艺性能和低温韧性等一系列优点，在航空航天、石油化工、压力容器、汽车、医药等领域具有广泛应用，是目前用量最大的钛合金材料。随着航空航天等行业的飞速发展，TC4钛合金的使用量与日俱增，其热处理和机械加工工艺也日渐成熟，但依然面临诸如：容易黏刀、回弹量大、残余应力等问题，使得TC4钛合金材料的高精度零件，尤其是曲面薄壁件的机械加工受到普遍关注。
TC4钛合金属于α+β型钛合金，是典型的难加工材料之一，主要是因为：1)TC4钛合金的导热率很低，加工过程中产生大量切削热无法及时散出，造成切削温度升高，刀具磨损快；
2)切削应力大，使得切削刃容易磨损；3)切削摩擦系数大，切屑与前刀面的摩擦产生更多的热量，温度更高；4)高温时，TC4钛合金与空气中的氮、氢、氧发生化学反应，形成硬化层；5)TC4钛合金的弹性模量低，屈服强度高，使得切削加工时已加工面产生较大的回弹和变形，刀具后角磨损，与零件摩擦加剧。TC4钛合金的加工温度高、切削力大以及加工过程中的回弹和变形会严重影响工件加工精度，同时使工件产生较大的残余应力，这些残余应力在后期工件服役时会导致工件变形影响工件使用。
去除工件机械加工过程中产生的残余应力有多种方法。去应力退火是在不改变组织状态的条件下，对金属工件进行较低温度的退火，去除工件残余应力，减小工件变形，可以消除大部分残余应力。要进一步通过退火来消除残余应力，就需要将工件加热到更高的温度，但这又会带来组织变化，影响材料性能。深冷处理是20世纪60年代开始发展起来的一种新技术，通常是指以液氮为制冷剂，在-130℃以下温度对工件进行处理。深冷处理能在不降低工件硬度和强度的情况下，降低残余应力，并在一些情况下可以显著提高工件的韧性，稳定材料组织。深冷处理可有效提高钢铁材料、非铁金属及复合材料的力学性能和使用寿命，稳定尺寸，改善均匀性，减小变形，而且操作简便，不破坏工件，无污染，成本低，具有积极的应用前景和发展空间。深冷处理在一定条件下可以改善钛合金的组织，但是深冷处理对钛合金的影响与其状态相关，钛合金组织状态较难控制。
目前深冷技术在钛合金，尤其是TC4钛合金材料的高精度零件的机械加工中的应用还不太成熟，现有消除钛合金残余应力的方法主要还是采用退火处理，工艺方法单一，难以有效将工件残余应力降至最低，并且退火过程中还可能产生新的热应力，影响工件尺寸精度。而单一深冷工艺又难以起到像碳钢深冷处理那样的明显效果。因此，急需开发一种高精度、能最大限度降低残余应力、组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件加工方法。
发明内容
本发明提供了一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，以解决针对TC4钛合金曲面薄壁件，难以最大限度降低残余应力，无法保持组织和尺寸稳定的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，包括以下步骤：
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理，获得薄壁工件b；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e；
S8、精加工：对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：对步骤S8精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
进一步地，步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，再对薄壁工件e进行精加工。
进一步地，夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。
进一步地，步骤S9中阶梯深冷处理具体包括：降温至-80±5℃保温2h～6h，然后继续降温至-130±5℃，保温2h～6h，再降温至-190±6℃，保温6h～48h，最后升温至室温。
进一步地，降温的速率为0.5℃/min～3℃/min；升温的速率为0.5℃/min～3℃/min。
进一步地，步骤S7中冷热循环处理的循环次数为2～4次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-180℃～-196℃，保温时间为3h～24h，热处理的温度为160℃～200℃，保温时间为4h～24h。
进一步地，冷热循环处理采用先进行热处理，再进行深冷处理，完成一次冷热循环处理，以此类推，直至完成所有冷热循环处理。
进一步地，步骤S4中深冷处理包括：采用液氮作为冷却介质，将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理；深冷处理的温度为-180℃～-196℃，降温速率为0.5℃/min～3℃/min，保温时间为6～48h。
进一步地，步骤S1中自由锻造的温度为820℃～920℃；和/或，步骤S3中固溶热处理的温度为900℃～960℃，保温时间为90min～300min。
进一步地，步骤S5中退火处理的温度为550℃～700℃，退火时间为2h～12h；和/或，步骤S6中加工余量为0.2mm～0.8mm。
本发明具有以下有益效果：
本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，包括以下步骤：锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。将TC4坯料通过自由锻造、冲孔、扩孔的方式得到锻造薄壁工件，减少加工过程中的切削量，节约材料，减少加工时间，并使得TC4钛合金高精度曲面薄壁件的整体性能得到提升。而且，通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相，通过深冷处理，促进亚稳态β相向α相的转变，同时细化组织晶粒，提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点，对薄壁工件d进行冷热循环处理，使加工过程中产生的残余应力得以释放，最大限度消除薄壁工件d残余应力。以及，对精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理，有助于薄壁工件f降温均匀，避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力，从而获得高精度，残余应力降至最低，组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法的流程图；
图2是经过固溶处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图，
图3是经过固溶处理、深冷处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图；以及
图4是TC4钛合金进行冷热循环处理过程中的显微硬度变化图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法的流程图；图2是经过固溶处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图，图3是经过固溶处理、深冷处理和退火处理后得到的TC4钛合金金相组织图；图4是TC4钛合金进行冷热循环处理过程中显微硬度变化图。
如图1所示，本实施例的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，包括以下步骤：
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理，获得薄壁工件b；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e；
S8、精加工：对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：对步骤S8精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
本发明的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，包括以下步骤：锻造坯料、冲孔、扩孔、固溶处理、深冷处理、退火处理、粗加工和半精加工、冷热循环处理、精加工、阶梯深冷处理，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。将TC4坯料通过自由锻造、冲孔、扩孔的方式得到锻造薄壁工件，减少加工过程中的切削量，节约材料，减少加工时间，并使得TC4钛合金高精度曲面薄壁件的整体性能得到提升。而且，通过两相区自由锻造后的TC4坯料的基体中存在大量亚稳态β相，通过深冷处理，促进亚稳态β相向α相的转变，同时细化组织晶粒，提高材料性能。依据在粗加工和半精加工过程中产生的大量残余应力的特点，对薄壁工件d进行冷热循环处理，使加工过程中产生的残余应力得以释放，最大限度消除薄壁工件d残余应力。以及，对精加工后的薄壁工件f进行阶梯深冷处理，有助于薄壁工件f降温均匀，避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力，从而获得高精度，残余应力降至最低，组织和尺寸稳定的TC4钛合金曲面薄壁件。
上述TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，根据不同状态下TC4钛合金的特点，分别采用不同处理方式，分阶段处理不同时期的TC4钛合金存在的问题，以实现最大限度促进β相向α相的转变，细化组织晶粒，降低残余应力。针对两相区自由锻造(即热变形)后TC4钛合金存在大量亚稳态β相的特点，对锻造工件采用固溶处理、深冷处理和退火处理的组合方式，促进亚稳态β相转变充分，使组织更加稳定，同时可以细化晶粒，提高材料性能。对于粗加工和半精加工后的薄壁工件d，由于TC4钛合金切削力大、回弹大、切削温度高，加工后的薄壁工件d存在较大的残余应力，此时采用冷热循环处理处理，即多次冷热交替循环处理，使薄壁工件d内的残余应力松弛而达到消除残余应力的目的。
本实施例中，步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，再对薄壁工件e进行精加工。在工件精加工时，采用步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，夹具贴合薄壁工件e结构曲面，再进行精加工处理，减小薄壁工件e精加工过程中的变形。在精加工完成后将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理，稳定薄壁工件f尺寸，避免薄壁工件f在卸载和阶梯深冷处理过程中产生变形。
本实施例中，夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。以避免夹具的材料与TC4钛合金膨胀系数差异，导致产生额外应力。
本实施例中，步骤S9中阶梯深冷处理具体包括：降温至-80±5℃保温2h～6h，然后继续降温至-130±5℃，保温2h～6h，再降温至-190±6℃，保温6h～48h，最后升温至室温。将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理。阶梯深冷处理，有助于薄壁工件f降温均匀，避免薄壁工件f降温过程中产生新的应力。利用阶梯深冷处理使薄壁工件f尺寸稳定，提高精度。上述降温分别经过-80±5℃、-80±5℃、-190±6℃，三个阶段，以使得薄壁工件f在降温过程中平稳过渡。
本实施例中，降温的速率为0.5℃/min～3℃/min。升温的速率为0.5℃/min～3℃/min。上述降温的速率均为0.5℃/min～3℃/min，即缓慢降温，使得薄壁工件f降温均匀，避免局部存在温差而产生新应力的现象。
本实施例中，步骤S7中冷热循环处理的循环次数为2～4次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-180℃～-196℃，保温时间为3h～24h，热处理的温度为160℃～200℃，保温时间为4h～24h。上述步骤S7对薄壁工件d进行冷热循环处理，使得薄壁工件d的内部残余应力松弛，以消除机械加工过程中的残余应力。
优选地，冷热循环处理采用先进行热处理，再进行深冷处理，完成一次冷热循环处理，以此类推，直至完成所有冷热循环处理。更优选地，冷热循环处理的循环次数为3次。
参见表1的热处理和深冷处理对残余应力的影响，其中，原始为未进行冷热循环处理的样品，热处理为仅进行热处理的样品，深冷处理12h+热处理为先深冷处理12h后再进行热处理，热处理+深冷处理12h为先热处理后再深冷处理12h。由表1可知，经过热处理、深冷处理可以将薄壁工件d表面机械加工的残余应力去除90％以上，并且深冷处理和热处理的组合顺序，对去除残余应力效果影响大，先经过热处理后再进行深冷处理的方式去除残余应力效果最佳。
表1热处理、深冷处理对表面残余应力的影响
上述步骤S7的冷热循环处理实际上为深冷处理与热处理的组合，通过冷热循环处理可以稳定TC4钛合金组织，同时去除残余应力。冷热循环过程中，热处理后薄壁工件d的硬度会降低，深冷处理后薄壁工件d的硬度会升高，但是随着循环次数增加，薄壁工件d的硬度随冷热循环处理的波动幅度逐渐减小，这说明TC4钛合金组织在冷热循环过程中逐渐趋于稳定，有利于TC4钛合金高精度曲面薄壁件在加工和服役过程中尺寸的稳定，提高精度及稳定性。具体参见图4，图4中原始为未进行冷热循环处理的样品、H1C0为仅进行第一次热处理的样品、H1C1为进行热处理和深冷处理的一次冷热循的样品、H2C1为第一次冷热循环处理后，进行第二次热处理的样品、H2C2为进行热处理和深冷处理的两次冷热循的样品、H3C2为两次冷热循环处理后、进行第三次热处理的样品、H3C3为进行热处理和深冷处理的三次冷热循的样品、H4C3为三次冷热循环处理后，进行第四次热处理的样品、H4C4为进行热处理和深冷处理的四次冷热循的样品的显微硬度的变化。
本实施例中，步骤S4中深冷处理包括：采用液氮作为冷却介质，将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理；深冷处理的温度为-180℃～-196℃，降温速率为0.5℃/min～3℃/min，保温时间为6～48h。采用液氮作为冷却介质在深冷箱中进行深冷处理，经过降温速率为0.5℃/min～3℃/min，降温至-180℃～-196℃，此温度下保温时间为6～48h，以细化薄壁工件a的内部组织晶粒尺寸，改善TC4钛合金的性能。前期的预实验发现，通过固溶处理、深冷处理、退火处理三种组合的处理方式，可以调控组织以获得更优的性能，与传统处理方式(固溶处理和退火处理，缺少深冷处理)相比，通过扫描电镜分析二者的微观结构，如图2和图3所示，其析出的片层组织(如图3所示)厚度比传统处理得到片层组织(如图2所示)大一些，有利于提升钛合金的疲劳性能。
本实施例中，步骤S1中自由锻造的温度为820℃～920℃。和/或，步骤S3中固溶热处理的温度为900℃～960℃，保温时间为90min～300min。
本实施例中，步骤S5中退火处理的温度为550℃～700℃，退火时间为2h～12h。和/或，步骤S6中加工余量为0.2mm～0.8mm。上述步骤S5中退火处理的温度为550℃～700℃，以进一步促进β相向α相的转变，稳定薄壁工件的内部组织。上述步骤S6中加工余量为0.2mm～0.8mm，当加工余量过大，精加工时切削力大导致发生大变形；当加工余量过小，会导致精加工时切削层主要为硬化层，影响加工质量。
实施例
实施例1
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，始锻温度920℃，终锻温度850℃，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，固溶热处理的温度为960℃，保温时间为90min，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：采用液氮作为冷却介质，将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理，深冷处理的温度为-190±6℃，降温速率为0.5℃/min，保温时间为6h，获得薄壁工件b；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，退火处理的温度为550℃，退火时间为2h，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量为0.8mm，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，冷热循环处理的循环次数为2次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-190±6℃，降温速率为0.5℃/min，保温时间为3h，热处理的温度为160℃，升温速率为0.5℃/min，保温时间为4h，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e；
S8、精加工：先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具，再对薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理，降温至-80±5℃保温2h，然后继续降温至-130℃，保温2h，再降温至-190±6℃，保温6h，降温速率为0.5℃/min，最后升温至室温，升温速率为0.5℃/min，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
实施例2
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，始锻温度880℃，终锻温度820℃，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，固溶热处理的温度为930℃，保温时间为180min，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：采用液氮作为冷却介质，将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理，深冷处理的温度为-190±6℃，降温速率为2℃/min，保温时间为12h，获得薄壁工件b；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，退火处理的温度为600℃，退火时间为6h，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量为0.5mm，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，冷热循环处理的循环次数为3次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-190±6℃，降温速率为2℃/min，保温时间为12h，热处理的温度为180℃，升温速率为2℃/min，保温时间为12h，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e；
S8、精加工：先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具，再对薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理，降温至-80±5℃保温4h，然后继续降温至-130±5℃，保温4h，再降温至-190±6℃，保温24h，降温速率为2℃/min，最后升温至室温，升温速率为2℃/min，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
实施例3
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，始锻温度900℃，终锻温度850℃，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，固溶热处理的温度为900℃，保温时间为300min，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：采用液氮作为冷却介质，将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理，深冷处理的温度为-180℃，降温速率为3℃/min，保温时间为48h，获得薄壁工件b；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，退火处理的温度为700℃，退火时间为12h，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量为0.2mm，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，冷热循环处理的循环次数为4次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-180℃，降温速率为4℃/min，保温时间为24h，热处理的温度为200℃，升温速率为4℃/min，保温时间为24h，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e；
S8、精加工：先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具，再对薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：将薄壁工件f和夹具整体放入深冷箱中进行阶梯深冷处理，降温至-80±5℃保温6h，然后继续降温至-130±5℃，保温6h，再降温至-190±6℃，保温48h，降温速率为3℃/min，最后升温至室温，升温速率为3℃/min，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、锻造坯料：对TC4坯料进行两相区自由锻造，获得锻造坯料；
S2、冲孔、扩孔：将步骤S1的锻造坯料进行冲孔和扩孔，获得锻造薄壁工件；
S3、固溶处理：将步骤S2的锻造薄壁工件进行固溶热处理，获得薄壁工件a；
S4、深冷处理：将步骤S3的薄壁工件a进行深冷处理，获得薄壁工件b，其中，深冷处理采用液氮作为冷却介质，包括将步骤S3的薄壁工件a在深冷箱中进行深冷处理；深冷处理的温度为-180℃～-196℃，降温速率为0.5℃/min～3℃/min，保温时间为6～48h；
S5、退火处理：将步骤S4的薄壁工件b进行退火处理，获得薄壁工件c；
S6、粗加工和半精加工：将步骤S5的薄壁工件c进行粗加工和半精加工，保留加工余量，获得薄壁工件d；
S7、冷热循环处理：将步骤S6的薄壁工件d进行冷热循环处理，以去除粗加工和半精加工后薄壁工件d存在的残余应力，获得薄壁工件e，其中，冷热循环处理的循环次数为2～4次，冷热循环处理包括深冷处理和热处理，深冷处理的温度为-180℃～-196℃，保温时间为3h～24h，热处理的温度为160℃～200℃，保温时间为4h～24h；
S8、精加工：对步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e进行精加工，获得薄壁工件f；
S9、阶梯深冷处理：对步骤S8的薄壁工件f进行阶梯深冷处理，获得TC4钛合金高精度曲面薄壁件，其中，阶梯深冷处理包括降温至-80±5℃保温2h～6h，然后继续降温至-130±5℃，保温2h～6h，再降温至-190±6℃，保温6h～48h，最后升温至室温。
2.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
步骤S8中先采用与步骤S7冷热循环处理后的薄壁工件e结构相匹配的夹具进行装夹，以保证薄壁工件e受力均匀不变形，再对薄壁工件e进行精加工。
3.根据权利要求2所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
夹具采用TC4钛合金制备而成的夹具。
4.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
降温的速率为0.5℃/min～3℃/min；
升温的速率为0.5℃/min～3℃/min。
5.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
冷热循环处理采用先进行热处理，再进行深冷处理，完成一次冷热循环处理，以此类推，直至完成所有冷热循环处理。
6.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
步骤S1中自由锻造的温度为820℃～920℃；和/或
步骤S3中固溶热处理的温度为900℃～960℃，保温时间为90min～300min。
7.根据权利要求1所述的TC4钛合金高精度曲面薄壁件加工方法，其特征在于，
步骤S5中退火处理的温度为550℃～700℃，退火时间为2h～12h；和/或
步骤S6中加工余量为0.2mm～0.8mm。
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