本帖最后由 未來第一站 于 2016-11-4 22:05 編輯
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% L3 b" x* N1 @/ h; G- w3 G 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
0 a. |' S- N% e' Y 1.鈦合金套加工工藝分析, }8 S+ a8 I- n
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(gè)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 ! @5 X6 `5 F) y
鈦合金材料在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)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(huì)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(dòng)摩擦路程就會(huì)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(yán)重?fù)p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(shí)粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，在切削過程中會(huì)引起粘結(jié)磨損。
; r7 ^1 y, Q5 M) I5 w1 I# L 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(shí)，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(gè)加工步驟：①粗車內(nèi)孔。②銑圓周36個(gè)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。
; v* C* o2 I. T3 w, o& G& c& A 2.內(nèi)孔的粗加工
0 |* Z1 {( k4 F 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(gè)2mm的限位，限制薄壁鈦合金套長度方向的位置移動(dòng)。6 v5 N4 L0 a/ ^) v
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圖2 車床軟爪
* E6 H1 X! t, u- u- E 由于YT類硬質(zhì)合金車刀與鈦合金材料結(jié)合力強(qiáng)，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(shí)況，內(nèi)孔粗加工完成后，要給精加工留量0.15mm。' J9 f4 [/ ^1 C: j8 E8 f
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* G: h8 d0 u* s! x( v& N圖3 粗加工
+ d% Y+ W9 ?: {# ~! {+ X' E" R* ` 3.圓周36個(gè)槽的加工
+ }) [8 Q9 |6 \) @5 S 薄壁鈦合金套圓周上36個(gè)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(shí)需要做一個(gè)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(gè)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。
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圖4 銑槽裝夾示意圖
# q4 y) U! {, l4 B' y9 H* e7 m1.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 S S! x- N! [1 g2 J5 e 銑槽加工時(shí)，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。/ c" P5 y5 D& Y
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圖5 銑槽刀具 $ j9 y5 {$ \( g! j
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?yàn)榻?jīng)過試驗(yàn)，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(jìn)刀就會(huì)在分層處造成刀具的崩刃甚至斷裂，同時(shí)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(jìn)刀時(shí)，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(huì)使開口處產(chǎn)生變形，導(dǎo)致縮口，第 2次進(jìn)刀鋸片銑刀不能順利進(jìn)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(jìn)行。圖6所示為加工實(shí)況。2 x- q0 J# m3 l
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圖6 銑槽加工 7 L* l$ `7 @, J
4.內(nèi)孔毛刺的去除( ?7 m1 }4 Z+ _; K# e0 ?# r( @/ y$ W
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(qiáng)，容易粘刀，所以銑出的毛刺不會(huì)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(huì)留有去不掉的毛刺，所以粗加工時(shí)留下的0.15mm精加工余量正好在精加工時(shí)將其去除。
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. E5 Y4 ^ X8 U* k: B# |圖7 內(nèi)孔卷曲毛刺 6 H5 p9 L0 W9 q$ n* l
5.內(nèi)孔的精加工
9 G2 y- O6 U- | 薄壁鈦合金套的內(nèi)孔精加工還是采用粗加工時(shí)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。
2 X( O ], f! B/ D* U$ H* C 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。& k6 o+ W4 J, |6 w( u1 p& b
6.外圓的拋光加工
; _9 w8 \: u. u0 Z# I- C 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(dá)到了規(guī)定的尺寸要求，所以不需要單獨(dú)加工，但是表面粗糙度不是太理想，需要進(jìn)行外圓的拋光加工處理。: A H' B( J5 n& O9 K2 ^' P Y
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。
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% \- V3 p& J: h0 S圖8 外圓拋光
, W! o; D- ` @# ^) n 拋光的時(shí)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(dòng)主軸，主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min，利用拋光輪對其外圓進(jìn)行拋光處理。
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) N4 r6 s8 V" d 圖9 拋光皂 8 s. I- M9 s* R! T
最終加工完成后的零件如圖10所示。! ?# \( m* j9 x5 O0 V# G# t) U h( G
- u$ e1 j. `5 j( T& X$ G; F圖10 成品零件 ) r: M* M* ^0 i! T
7.結(jié)語( ~( w& E0 P" v6 a
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(shí)際，不斷積累加工經(jīng)驗(yàn)，針對具體問題制定出切實(shí)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(jìn)行歸納、總結(jié)和論證、應(yīng)用，以期更好地指導(dǎo)實(shí)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(píng)指正。* t7 M! ^- J5 u1 `6 Q5 _
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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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