TC4薄壁鈦合金套數控加工工藝

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  薄壁鈦合金套數控加工工藝希望對需要的社友有所幫助
　1.鈦合金套加工工藝分析
8 ]2 o1 e; P; }" f- \! M' O* n　　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。
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圖1   薄壁鈦合金零件

: ?. ^$ ~8 V+ L, k　　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。
　　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。
, S( l. t# U. e# r　　2.內孔的粗加工
　　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。

        

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圖2  車床軟爪

3 l! u% v. m' F/ O, [. v3 A    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。

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圖3  粗加工

/ o) b% x9 `0 |' N/ b2 t# ~* z　　3.圓周36個槽的加工
7 r" X; g' H  Q　　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。
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圖4  銑槽裝夾示意圖

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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

　　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。

               

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圖5  銑槽刀具

　　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。

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圖6  銑槽加工

　　4.內孔毛刺的去除
- o" [9 Z3 {- C/ n; i" 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。
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圖7  內孔卷曲毛刺

  Y! J3 J9 r" Q　　5.內孔的精加工
( I. ~- D" w) S6 ^. \( ?- K) {( g    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。
& `( N* A) M  W' i& a　　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。
9 N7 s1 M9 p  R5 N3 B% e$ S$ @　　6.外圓的拋光加工
　　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。
% H- {; r: x: v9 W1 w9 H* S3 o    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。
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圖8  外圓拋光

+ U$ `# a4 @+ b　　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。

            圖9  拋光皂

　　最終加工完成后的零件如圖10所示。

圖10  成品零件

　　7.結語
; W( r* k: ^$ U/ C6 n　　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。
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作者： 北華航天工業學院任國柱

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wx_g4qt8K94

學習了

五面怪

受教、受教！謝謝樓主分享！

我走更遠

學習了，好例子。

0915zmh

感謝樓主分享！??！

綠蘿大魔王

感謝分享  加工鈦合金YG的刀具很好用嗎 一直不太會給鈦合金選刀

翱翔的鷹9

加工那36個槽子如果批量不大的話。可以不可以上臥銑，畢竟一般的機加廠沒得四軸的數控加工中心

wgg6765

0 J- S' {: H+ w感謝樓主分享經驗

城風

感謝樓主分享經驗