本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯 ) O7 V- ` @3 U- A. C: x4 u
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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
4 I( B: e! \9 {9 c3 E' M+ R* B 1.鈦合金套加工工藝分析
" [% ?# L- e2 [5 D& S. F 如圖1所示，一種薄壁鈦合金零件壁厚僅為1.8mm，內(nèi)孔的尺寸公差為0.1mm，內(nèi)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。9 ]! h. C; U; I% a
9 T* {; i' U6 j% r+ X! U圖1 薄壁鈦合金零件
4 f# O+ j" N) r: w 鈦合金材料在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其特點如下：①導(dǎo)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(xué)活性大，在加工表面容易產(chǎn)生表面變質(zhì)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(jié)磨損。$ z0 b. e+ ?. @
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(nèi)孔。②銑圓周36個寬度為0.6mm、長度為50mm的分布槽。③去除內(nèi)孔翻邊毛刺。④精車內(nèi)孔。⑤拋光外圓。
" W0 X/ a" p6 w, x! B$ l: ^ 2.內(nèi)孔的粗加工
2 M8 V& Y1 I( m( e5 @ 由于薄壁鈦合金套的壁厚僅為1.8mm，所以粗車內(nèi)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。5 U9 i! C W! V9 b' W& s
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圖2 車床軟爪 4 H& x. H8 j6 ]9 W
由于YT類硬質(zhì)合金車刀與鈦合金材料結(jié)合力強，容易發(fā)生粘結(jié)磨損，所以粗車內(nèi)孔的刀具選擇YG8硬質(zhì)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(nèi)孔粗加工完成后，要給精加工留量0.15mm。
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圖3 粗加工 - F8 f* }4 Z f8 O M: d3 J* ?; S" o
3.圓周36個槽的加工4 K) r/ Y) }5 {2 |, s; }9 y
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(nèi)孔間隙配合，配合間隙為0.02mm，薄壁鈦合金套的另一端內(nèi)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。/ Q }: Z+ [$ K2 U# r
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圖4 銑槽裝夾示意圖 $ [% }3 `: j& S: \" ~; W' C8 q
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 0 J: M _9 k. w1 j* K5 U" ?
銑槽加工時，由于薄壁變形后應(yīng)力集中，容易造成槽寬變窄，所以應(yīng)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(nèi)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(nèi)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。; s g( @; E1 P& s* F4 s& L& e
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圖5 銑槽刀具 / l2 y0 I1 W9 \8 A+ f. {8 W
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(jīng)過試驗，如果不是一次切開而是分層切削，由于應(yīng)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(yīng)力集中，會使開口處產(chǎn)生變形，導(dǎo)致縮口，第 2次進刀鋸片銑刀不能順利進刀，導(dǎo)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。
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圖6 銑槽加工 & }1 o# L5 f' f; }/ J
4.內(nèi)孔毛刺的去除
; Y4 ~4 t. A) [. B L3 i 薄壁鈦合金套內(nèi)孔銑削加工完成后，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)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(nèi)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(nèi)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。. c( F6 t8 ~1 y: k- |
' s4 t( L$ l) W1 ^2 \圖7 內(nèi)孔卷曲毛刺 9 V' @) M: _& M! C
5.內(nèi)孔的精加工+ C6 M' \/ w9 }/ N, ^; q
薄壁鈦合金套的內(nèi)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(nèi)孔精車刀精鏜內(nèi)孔。- e* [" j+ ~$ _- `0 F/ }
鏜內(nèi)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。7 [5 b' ?: _3 Z, N
6.外圓的拋光加工
6 K8 w2 s u; ^ 由于薄壁鈦合金套內(nèi)外圓毛坯比較規(guī)矩，外圓已經(jīng)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。9 ^4 a# F9 ~! v0 M4 U2 n! `) K
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(nèi)孔間隙配合，配合間隙為0.02mm；薄壁鈦合金套的另一端內(nèi)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。5 ]$ B0 f2 I& W; r X
) N. j4 e. t$ q- N8 W( ^! O圖8 外圓拋光
- x. k; L. a. Z' 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(zhuǎn)速n=500r/min，利用拋光輪對其外圓進行拋光處理。' @4 R5 k8 \% s$ K- N% \
6 {7 {7 F0 F0 x3 R+ k) D 圖9 拋光皂
# v# \2 Q6 \+ [& z0 d 最終加工完成后的零件如圖10所示。' q$ g4 G3 Q5 C# P: }" D
, R& o$ V" V" }0 S$ V/ V圖10 成品零件 . L# x9 s5 }/ C# x6 k1 K
7.結(jié)語5 B9 m" T6 Q: G0 v
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(jié)合實際，不斷積累加工經(jīng)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(shè)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(jié)和論證、應(yīng)用，以期更好地指導(dǎo)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。3 G; ~6 p0 v6 B4 ?3 f5 ]$ ^0 f
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作者： 北華航天工業(yè)學(xué)院任國柱
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發(fā)表于 2016-11-4 21:54:54
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