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              TC4薄壁鈦合金套數控加工工藝

              發布者:TC4薄壁鈦合金套數控加工工藝2021-04-12 09:26:55
              薄壁合金套數控加工工藝希望對需要的社友有所幫助& P7 [( _# l' w; J- n0 {
               1.鈦合金套加工工藝分析6 l0 ]0 n2 x. B9 G
                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。

              / `3 U! W1 ]! x2 I' r3 y
              圖1   薄壁鈦合金零件

                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。1 \- i+ m: \! y. S
                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。; C0 a/ A5 Z6 m2 t& v

                      
              * y0 Q& |( I' n* f4 g
              圖2  車床軟爪
              $ k+ W: _5 N6 X1 _4 m! H- o
                  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。5 w& ^8 d  l% q5 y1 ^7 e

               
              4 P! Q# e2 s! N$ a5 R5 l" `6 O
              圖3  粗加工
              $ h0 u% |# A$ Y5 F) L! k
                3.圓周36個槽的加工8 U) x" V- g4 i' O
                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。


              圖4  銑槽裝夾示意圖
              0 X2 |$ G, q) `% I- f. h8 {( `
              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。7 M8 c/ B' p- N, ?. c: O* ]7 I8 b9 H
                             
              8 A5 B( i& v2 S0 J
              圖5  銑槽刀具
              ; a6 r% J. M2 c  [2 y+ T" G# 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。

               
              " M, U8 |& ^1 m9 ^
              圖6  銑槽加工
              , ~$ E. U. I7 k, i& }5 f; T8 D
                4.內孔毛刺的去除
                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。

               

              圖7  內孔卷曲毛刺
                u+ O1 k9 k$ h3 T  [
                5.內孔的精加工( k' @9 ]" f$ p# J& {+ \
                  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 ]( u& j2 M* w5 m
                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。* W# Z8 Y% m, M: m& Q% Y/ i' ?
                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。: V0 v* r( h( {' p( 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。3 n) p  [7 Z; @5 d7 {1 K7 U+ J

               
              7 m5 K. }" G  i; A2 h6 z* z; r
              圖8  外圓拋光

                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。" t7 h# t( N6 j1 }/ c
               

                          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# ~! T: G' [9 a) a- u/ \5 |. M
                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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