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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5 c/ L# v$ a$ ?- A3 J- D5 P& n
1.鈦合金套加工工藝分析
- G% w G$ Y# e" y8 e 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。6 A; G4 Q; v* c- I
5 {' \4 U* m6 w圖1 薄壁鈦合金零件
( k5 r& x. ~8 j3 O 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。. h# `$ v9 M8 }5 z0 z
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。0 q+ W% N z6 L$ Y, a
2.內(nèi)孔的粗加工
5 Y# Y! R% v5 e* T% u 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。
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( M' g# J% d- j; k圖2 車床軟爪
! ]* i5 z) \9 r& I0 F0 x( C 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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( a% p l4 X0 P* p2 ?7 c0 \! b圖3 粗加工 , I f, o0 }0 D
3.圓周36個槽的加工4 I) A- }0 |1 R6 G/ k( 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(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。/ `% c. }4 }5 F! W$ m2 f
% y( N* J; k8 S; k' e圖4 銑槽裝夾示意圖 , V a$ L- ?. ?8 w) ^
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 / S; y' e* e f
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。 L7 `9 [4 N) A: U* O, |3 o o" h' G+ e3 x
! v8 |& ?" X' ~* w7 W/ q$ Q( ?圖5 銑槽刀具
3 z/ w3 R# Z) n; T3 l4 h& i/ R9 A 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。) v1 ^: b5 o6 @/ K" Y& I* E! L
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圖6 銑槽加工 8 H& ]! x, [6 y6 t S
4.內(nèi)孔毛刺的去除 V* o5 Y! w4 R3 p: w$ n
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。
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( @% H! ~. ?3 K# V- ~圖7 內(nèi)孔卷曲毛刺
2 f) c: ]5 Q& i* _4 c 5.內(nèi)孔的精加工/ H6 U9 t/ ]1 G& M; K/ V. S
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。
" q$ E3 ^& O1 v" T4 P! _ 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。4 Q" v* w6 f0 ?& i1 r! Q
6.外圓的拋光加工6 I3 U4 o- R6 j/ J
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。6 q6 a" {% |* n S" F; p; B: G+ f6 S
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。% U( \. m6 N2 Q3 d1 U. P
" M9 k# y0 {6 @( B& a圖8 外圓拋光
8 }' M) p( L' `8 W! |1 p- W 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。1 n3 a% I% ~/ k9 |2 b
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圖9 拋光皂 " M3 D" `6 c* I
最終加工完成后的零件如圖10所示。: r: h9 |" G- L9 Y I# O% [& p/ K
8 N/ O- w4 `8 k- I/ R/ s! e圖10 成品零件 5 M& Y! r% r2 p/ U
7.結(jié)語
# f; z# A6 G8 X7 M9 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(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。' K4 R; x, X9 j8 i0 k/ r+ ?2 [
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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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