本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯
& z' z, h- n- }: W' r1 Y" E5 i/ l8 n* K8 U2 F: z7 B' ]. r- O" c
薄壁鈦合金套數控加工工藝希望對需要的社友有所幫助) D' y- c/ x k9 L& r" c- K% j7 s
1.鈦合金套加工工藝分析$ X9 Y1 D2 v; R3 f4 M0 ~- K8 H9 u
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。
6 g. `9 w4 R' F9 M5 [% S3 D3 F7 U5 @/ G5 u
圖1 薄壁鈦合金零件
; n" A- x% V0 A3 P% ~9 _9 Y 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，出現缺口、崩刃及剝落等現象。⑤由于鈦合金親和性大、切削溫度高，切削時粘刀現象嚴重，在切削過程中會引起粘結磨損。0 w1 A' `+ M5 h4 M) D. q
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。
# F) X& L+ m; t- R2 G. L 2.內孔的粗加工
, d, G l! Y+ g$ o S0 G* R9 p# U 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。
3 j, ~& p) X7 P1 C
& y/ w# n6 D& C9 y圖2 車床軟爪
* x, ]5 ~5 {6 L: i$ W5 B" {- @ 由于YT類硬質合金車刀與鈦合金材料結合力強，容易發生粘結磨損，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。
. V* ?) A/ T5 o! n* m! Z. |# R u/ j2 s! {
4 K a: D$ n" p3 I9 F$ A$ N
圖3 粗加工 - Z4 x5 Z; g {. W7 A7 F
3.圓周36個槽的加工: T) y, ]+ O' f4 K+ f% b
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的裝夾方案，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。
. ~8 u/ Q9 a0 @6 Q& [, w. f8 Y( a" L3 ?
圖4 銑槽裝夾示意圖 1 Z. i+ S* |* m
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 3 ?9 ?7 y# x5 m
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。, t4 y. g8 ?9 f: C$ B* v- ~: V+ t
9 s5 k5 B3 [6 q# O' y8 `" }/ b圖5 銑槽刀具
1 y3 n3 B, _' l6 Z 銑槽加工參數選擇為：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，導致鋸片銑刀出現崩刃或斷裂，致使加工不能順利進行。圖6所示為加工實況。
@' J( h: L* x, F/ g/ |- I& O0 |% N( v
圖6 銑槽加工
`" m! v& z7 r; M$ q! o/ R$ w6 s 4.內孔毛刺的去除
3 i" e6 a( ^2 c0 k 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。! R% f9 ~3 W O/ }+ F8 b
0 R+ g" G1 D' R* g4 u6 H, n圖7 內孔卷曲毛刺
( n( r) a/ \0 ^2 ? v, y$ `+ u 5.內孔的精加工% M# w. B/ @, d, k- {
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。( x) D" e5 v1 |2 Z) p
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°。切削參數如下：n=400r/min，v= 55m/min，f=0.15mm/r，ap=0.15mm。2 f) P: K2 Y& b0 R t
6.外圓的拋光加工
4 M6 [: U( V- q( H- ]- ]; k( w8 U/ ~! @ 由于薄壁鈦合金套內外圓毛坯比較規矩，外圓已經達到了規定的尺寸要求，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。
3 T+ q1 \' L+ U' y4 L4 y4 _+ f 外圓拋光也是選擇在數控車床上，通過三爪自定心卡盤與活頂尖一夾一頂的裝夾方案。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。# a8 k8 t. C6 Y4 f3 a. X
9 ~! h: \6 L4 Y$ D4 x. I
圖8 外圓拋光
6 M0 i" ~0 x" v/ ~8 `" X 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。3 u$ b7 `+ b6 z6 a
2 l9 i9 W: Q- Y$ B0 P
圖9 拋光皂 6 M N C8 {- m4 \9 e/ X
最終加工完成后的零件如圖10所示。
9 o: b" P+ G/ s5 E; o4 o% e8 v( d3 o2 A b
圖10 成品零件 / X. x$ k' m" ~+ H* i
7.結語
+ E7 |3 v- h' z( Q V) h! M' T# I 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。
' Y5 i* R- L1 W8 P$ k A" u* k/ l Z) B4 a5 M
作者： 北華航天工業學院任國柱 t- L2 q6 C4 R) W$ Z' i- u- l
| 
發表于 2016-11-4 21:54:54
QQ好友和群
QQ空間
