本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯
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6 U$ j2 C" q6 k% [ 薄壁鈦合金套數控加工工藝希望對需要的社友有所幫助
8 W0 Q5 P' w) G( y 1.鈦合金套加工工藝分析
# }% K4 m- N' W, ^ 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。# @9 j5 c9 H( c, j" j
4 a- `1 ?) s7 o+ ]圖1 薄壁鈦合金零件
. }7 F' Z: w. c 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。
4 H0 X. S Y' w# f# }% t 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) a5 S) ?/ P( ^, @$ t: y
2.內孔的粗加工
' `) w1 Q! G& ~: ~( ~3 i9 ~ 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。5 _' M3 d( b& l8 h. A/ h
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圖2 車床軟爪 / l* O" c1 i, M3 ?
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。4 a/ I0 b6 {% }3 P! d, G
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; w+ s% a3 s" {; |; g' k' j. h- g圖3 粗加工
) K1 Q; @0 `- O- \6 \/ s% U 3.圓周36個槽的加工. k1 n$ d9 x- X8 ]; e/ I
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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! S9 y7 _: N! |* i/ Q8 y% V圖4 銑槽裝夾示意圖
6 m4 r3 R8 `& M! C1.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 9 g8 O, o0 q, I: }9 y0 T
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
$ Q% `& D; p. m! T 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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) T/ r. K+ t [2 W: Y P- T) ~) R圖6 銑槽加工 # _7 ~" f* l: b$ g2 M- C
4.內孔毛刺的去除3 J0 }/ }0 O8 K" D% v8 {+ C
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。4 x& Z! ]; @6 n6 L: A. G6 g f2 a2 }
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圖7 內孔卷曲毛刺
7 j8 j1 R a5 d/ B! q& e: ~- Q6 L 5.內孔的精加工
) R/ N/ v# }. w% F+ Q! ~' ` 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。4 \# e& J8 M0 S. @( O
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。& J9 X: i: j3 ]3 Z" m. U
6.外圓的拋光加工$ G; ~4 i3 M0 @! ^) b: S
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。. U( ^; J6 Y. B" A! z
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。. H. f# N; Q2 ]4 y( g# @1 J
0 l7 v) s/ [7 ~2 b$ O$ Z7 I6 s圖8 外圓拋光 " A1 p, q0 f. j9 M0 ~
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。
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圖9 拋光皂
5 L" H# L6 j0 x 最終加工完成后的零件如圖10所示。4 f6 A% Z* f8 M; G8 ~
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圖10 成品零件 2 O: B6 w) B5 }+ P7 D
7.結語
/ R% D2 N: \; w# G0 c& e8 l0 B K 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。9 [- u0 w* ]* B( _* b
+ \/ g. u* E2 Y作者： 北華航天工業學院任國柱
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發表于 2016-11-4 21:54:54
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