TC4薄壁鈦合金套數(shù)控加工工藝

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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
: g5 r% Z+ c" M6 E  j" l　1.鈦合金套加工工藝分析
　　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,。

圖1   薄壁鈦合金零件

　　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(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,，切削時粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，在切削過程中會引起粘結(jié)磨損,。
; {, ?4 E- t  |& u6 `& W' R　　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,。
　　2.內(nèi)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(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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圖2  車床軟爪

    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,。

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圖3  粗加工

　　3.圓周36個槽的加工
" B& |6 a5 K% @( O" t$ r3 ~, q　　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,。
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圖4  銑槽裝夾示意圖

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(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。
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圖5  銑槽刀具

' c( Q3 z5 H+ A$ F% G% E+ Q0 c　　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(jìn)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(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,。

圖6  銑槽加工

　　4.內(nèi)孔毛刺的去除
　　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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圖7  內(nèi)孔卷曲毛刺

　　5.內(nèi)孔的精加工
2 Z3 ~/ `) p* N- J! 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,。
　　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,。
　　6.外圓的拋光加工
　　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,。
    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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圖8  外圓拋光

, P- Q) |/ U: i9 p　　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(jìn)行拋光處理,。

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            圖9  拋光皂

& F; G2 s" y6 Z% X　　最終加工完成后的零件如圖10所示。
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圖10  成品零件

8 I! {( l8 J+ n6 B9 e8 d　　7.結(jié)語
$ ?. E6 A! t! _. f( g8 _　　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，歡迎同行批評指正,。
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3 M, @5 o& J3 u- t作者： 北華航天工業(yè)學(xué)院任國柱

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學(xué)習(xí)了

五面怪

受教,、受教！謝謝樓主分享,！

我走更遠(yuǎn)

學(xué)習(xí)了,，好例子。

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綠蘿大魔王

感謝分享  加工鈦合金YG的刀具很好用嗎 一直不太會給鈦合金選刀

翱翔的鷹9

加工那36個槽子如果批量不大的話,�,？梢圆豢梢陨吓P銑，畢竟一般的機(jī)加廠沒得四軸的數(shù)控加工中心

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城風(fēng)

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