本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯
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( T( h, z% A" p: j3 H6 q Z. o 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 ?6 a' h) C% ?: M
1.鈦合金套加工工藝分析4 L- ?: }, l) H4 y! a% P3 T2 Q9 s6 B* }
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。+ Z5 Q" u9 y$ i4 x, t
1 d9 w0 S/ j3 G5 ~: ^圖1 薄壁鈦合金零件
" N# ?/ W5 X& z 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。" Y! n. v# F% E- g% D
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。
0 @3 l4 R% u8 p+ Y) D& X: S6 g 2.內孔的粗加工" a& k4 `& L" D8 F; ?# N1 g. X( K
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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9 u( A0 f- ?5 \6 ~1 z5 L. v圖2 車床軟爪
' ?6 G* m9 n n3 C! U3 c 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 , m: e# m, }, V/ g: b5 U
3.圓周36個槽的加工
4 g8 k7 a- y% X, u2 w! p: [ 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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7 k( r5 Y2 [* Z( X) I( c6 v圖4 銑槽裝夾示意圖 6 v, {9 U! t& |
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
6 p5 y4 e7 j* A9 B, N' l& \3 y 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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% B/ f/ H+ B0 A$ e! Q+ n圖5 銑槽刀具
6 L B5 d; G5 ~/ m 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。* W' i8 f3 t* b i% Y
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圖6 銑槽加工
) q2 v& C& ~6 E1 u j9 [ W& p* D2 X 4.內孔毛刺的去除
* J3 z" y- F- L: @% c+ x 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 ; Y1 ]. h+ N$ P
5.內孔的精加工5 s* g6 {" @5 `) j% U
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。% P3 S2 d, J" V4 l' W
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。 H" U1 H! g% T/ O+ v( ~; x
6.外圓的拋光加工
) H) ^% H6 ^% M3 `7 K) a 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。
1 c: J- x6 p* z6 p4 P8 z1 j 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。# U" @( N4 y9 Y0 J% j. t& b5 |: j
8 S+ \# ?% P, V/ s( r$ I& r0 \圖8 外圓拋光 4 ^8 g. g# L5 Z2 o2 A" j
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。* X- Z) A8 I; P# l: }* Q
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圖9 拋光皂 $ M3 v0 z! E y* M& r0 `: F( H
最終加工完成后的零件如圖10所示。
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% G5 W6 [' }3 V9 N8 \ R圖10 成品零件 4 J+ v% f5 g ?5 c
7.結語
+ k! ^$ c0 h' n ^; M; Y% \. 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。; T9 C- \! ^/ W* s
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作者： 北華航天工業學院任國柱3 ?7 h J1 d. j. ^ I( o7 w
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發表于 2016-11-4 21:54:54
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