本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯 . U, Z* P% |0 C
! Q+ @- [+ q1 V 薄壁鈦合金套數(shù)控加工工藝希望對需要的社友有所幫助* Q* u( J. D' u5 E
1.鈦合金套加工工藝分析* v+ ^) H* D$ F3 f
如圖1所示，一種薄壁鈦合金零件壁厚僅為1.8mm，內孔的尺寸公差為0.1mm，內外圓同軸度要求為φ0.05mm，而且要求在薄壁套圓周上加工出36個寬度為0.6mm、長度為50mm的槽，零件材料為TC4，要求表面粗糙度值Ra=1.6μm，不僅有較高的尺寸加工精度與形位公差要求，而且要求表面粗糙度值低，加工難度較大。
* i( J/ ?0 |3 ^5 V2 x& G5 J4 w, w7 e7 j! U e
圖1 薄壁鈦合金零件 6 } d3 T( [& g3 `2 t2 f
鈦合金材料在航空航天等領域有廣泛的應用，其特點如下：①導熱系數(shù)低，切削溫度高，相同條件下，TC4的切削溫度比45鋼高出1倍多。②加工過程中刀具與切屑的接觸長度短，這樣單位接觸面積上的切削力就會加大，易使刀具崩刃。③由于鈦合金的切削變形系數(shù)接近于 1，所以切屑在前刀面的滑動摩擦路程就會增加，刀具磨損速度加快。④化學活性大，在加工表面容易產生表面變質污染層，使組織不均勻，嚴重損傷刀具，出現(xiàn)缺口、崩刃及剝落等現(xiàn)象。⑤由于鈦合金親和性大、切削溫度高，切削時粘刀現(xiàn)象嚴重，在切削過程中會引起粘結磨損。& V: m) ?! K k- B3 {3 t
由于薄壁鈦合金套的表面粗糙度值為Ra=1.6μm，要求較高。同時，由于是型材管料，其外圓不需要加工，只需要拋光處理，所以要完成薄壁鈦合金套的加工，需要5個加工步驟：①粗車內孔。②銑圓周36個寬度為0.6mm、長度為50mm的分布槽。③去除內孔翻邊毛刺。④精車內孔。⑤拋光外圓。
( a0 R- ?* s& j4 S! d 2.內孔的粗加工) v! |# |: G1 I. T+ k& o) `
由于薄壁鈦合金套的壁厚僅為1.8mm，所以粗車內孔的裝夾方案選擇軟包爪，如圖2所示為焊接的銅軟包爪，在其尾部車有一個2mm的限位，限制薄壁鈦合金套長度方向的位置移動。
; B' o9 k) w7 M" b" F2 k _( ~( K0 k* \. m+ ]& v$ G0 y
圖2 車床軟爪
/ Q0 h$ s$ E9 W* q) t9 \ 由于YT類硬質合金車刀與鈦合金材料結合力強，容易發(fā)生粘結磨損，所以粗車內孔的刀具選擇YG8硬質合金車刀，刀具的主偏角95°，副偏角35°左右，前角6°，后角9°，切削參數(shù)為：v=70m/min，f=0.2mm/r，ap=1mm。圖3所示為加工實況，內孔粗加工完成后，要給精加工留量0.15mm。7 C0 B) r* i+ M. O# U: V0 Q9 }" B
& m' E9 f6 Z. x' t/ X+ e8 k$ b
* ]% I- \; x- f9 h! J# y- m圖3 粗加工
/ j: p! m6 @; F 3.圓周36個槽的加工
- `& [, ?) P I: m1 m; t 薄壁鈦合金套圓周上36個槽的加工，選擇在四軸立式加工中心上，利用分度頭通過一夾一頂?shù)难b夾方案，如圖4所示。裝夾時需要做一個心軸2，心軸的一端外圓被三爪自定心卡盤3卡住，另一端外圓有一個止口并與薄壁鈦合金套筒4的一端內孔間隙配合，配合間隙為0.02mm，薄壁鈦合金套的另一端內孔與堵頭1的外圓間隙配合，配合間隙為0.02mm，堵頭的另一端端面中心打有中心孔，通過活頂尖5將其頂住。
D9 L( p- |! C8 }- _: w
& I/ G% x& p" @5 H% y8 n& I, _圖4 銑槽裝夾示意圖 7 L) P1 Y$ g3 A
1.堵頭 2.心軸 3.三爪自定心卡盤 4.薄壁鈦合金套筒 5.活頂尖
u: p4 i' V, e: ~& y. k' d 銑槽加工時，由于薄壁變形后應力集中，容易造成槽寬變窄，所以應使用厚度略大于槽寬的鋸片銑刀。這里刀具選用厚度為0.7mm、內孔直徑為22mm、外圓直徑為60mm的高速鋼鋸片銑刀，齒數(shù)為72齒，其中直徑為22mm的內孔與銑槽刀具的伸出軸間隙配合，配合間隙為0.02mm，圖5所示為銑槽刀具。
( e* u$ x8 ?; e) @( P
8 x1 L7 K8 U6 Y' o ?圖5 銑槽刀具
) W1 C+ ~0 y2 {$ k. n 銑槽加工參數(shù)選擇為：n=100r/min，f=25～30mm/min，ap=2mm。背吃刀量=鋸片厚度，這里吃刀深度≥薄壁套的壁厚1.8mm，因為經過試驗，如果不是一次切開而是分層切削，由于應力集中，第二次進刀就會在分層處造成刀具的崩刃甚至斷裂，同時加工效率大大降低，所以這里選擇ap=2mm。需要注意的是，鋸片銑刀沿鈦合金套筒套徑向進刀時，背吃刀量ap≥薄壁套壁厚1.8mm，不要分層銑削，否則切開的薄壁套在開口處由于應力集中，會使開口處產生變形，導致縮口，第 2次進刀鋸片銑刀不能順利進刀，導致鋸片銑刀出現(xiàn)崩刃或斷裂，致使加工不能順利進行。圖6所示為加工實況。0 W- q/ l9 A5 F- t/ I" P, H
0 l, k1 P0 w5 ? N8 c' D圖6 銑槽加工 $ ^! Y4 }3 ?* T' Y/ x" a; O
4.內孔毛刺的去除
) D( g9 @8 h; x& n/ _& a 薄壁鈦合金套內孔銑削加工完成后，由于鈦合金對刀具材料的化學親和性強，容易粘刀，所以銑出的毛刺不會輕易斷掉，而是卷曲在內孔的兩端，如圖7所示，所以需要將其去掉。采用的方法為利用尖嘴鉗將其逐一掰掉。由于掰掉后的內孔還會留有去不掉的毛刺，所以粗加工時留下的0.15mm精加工余量正好在精加工時將其去除。
( A8 W) q; Q# e; f$ R
0 \0 c2 w: P0 x1 G5 g圖7 內孔卷曲毛刺
, A" H5 _. O# @ 5.內孔的精加工
) [$ D" A9 x: Y 薄壁鈦合金套的內孔精加工還是采用粗加工時的裝夾方案，即利用銅軟包爪裝夾外圓，利用內孔精車刀精鏜內孔。" d2 Y6 g. l6 B- p) M, a6 ]/ p; ^7 n
鏜內孔精車刀選擇陶瓷刀具，刀具主偏角95°，副偏角35°，主前角8°，后角 12°。切削參數(shù)如下：n=400r/min，v= 55m/min，f=0.15mm/r，ap=0.15mm。0 H% [! t' R- h) l0 ~
6.外圓的拋光加工3 R' K# A6 s1 a
由于薄壁鈦合金套內外圓毛坯比較規(guī)矩，外圓已經達到了規(guī)定的尺寸要求，所以不需要單獨加工，但是表面粗糙度不是太理想，需要進行外圓的拋光加工處理。
! V; u# F0 h+ h6 F) | 外圓拋光也是選擇在數(shù)控車床上，通過三爪自定心卡盤與活頂尖一夾一頂?shù)难b夾方案。如圖8所示，心軸的一端裝夾在三爪自定心卡盤上，心軸的一端外圓與薄壁鈦合金套的一端內孔間隙配合，配合間隙為0.02mm；薄壁鈦合金套的另一端內孔與堵頭的外圓相配合，配合間隙也為0.02mm，活頂尖與堵頭的中心孔相配合。! Y; d6 }" m/ O
6 _% ^5 r+ j* X9 M, k% c! @, p3 `( ]
圖8 外圓拋光 0 I) A; D4 t, D2 o0 n
拋光的時候，先在薄壁鈦合金套的外壁涂一層專用拋光皂（見圖9），然后起動主軸，主軸轉速n=500r/min，利用拋光輪對其外圓進行拋光處理。
+ O+ @, ?# ~6 H! V, } e
2 A; Z4 j; w8 J5 a 圖9 拋光皂 + T7 ]& A6 U4 l4 d
最終加工完成后的零件如圖10所示。) i- K4 w9 I7 y
6 V/ \: \% Q; W3 o圖10 成品零件 5 @! P% D1 Q8 C& e c& |# q
7.結語$ o7 B# p; \- l
鈦合金材料是典型的難加工材料之一，我們在工作中要理論結合實際，不斷積累加工經驗，針對具體問題制定出切實可行的鈦合金加工工藝方案。本文對加工該類零件的設備、刀具、夾具、切削參數(shù)及其他一些工藝方法進行歸納、總結和論證、應用，以期更好地指導實踐中鈦合金的加工，文中的加工方法可能不是最佳方案，歡迎同行批評指正。, y% \# K, o& h6 R# r3 m
7 Y/ m' J* X* t: C; u
作者： 北華航天工業(yè)學院任國柱
3 F, P# Y7 @ f8 V5 Q! [ | 
發(fā)表于 2016-11-4 21:54:54
QQ好友和群
QQ空間
