鈦合金化銑夾具的研究

錢本實 李贊

（中航工業沈陽黎明航空發動機有限責任公司科研工裝廠設計科，遼寧 沈陽 110043）

鈦合金化銑夾具的研究

錢本實 李贊

（中航工業沈陽黎明航空發動機有限責任公司科研工裝廠設計科，遼寧 沈陽 110043）

鈦合金以其優越的性能，在航空發動機中應用越來越廣泛，但其機械加工性能差制約其在航空發動機中實際應用。其中薄壁筒體鈦合金零件最為難加工，以往采用機械加工方法容易造成零件變形，無法保證零件圖紙尺寸要求。為保證零件質量，采用化銑的加工方法，而化銑夾具性能直接影響零件化銑質量。通過對零件設計圖紙及其化銑工藝的深入分析，研究出一套科學的、可行的鈦合金化銑夾具結構設計方法。解決了零件在化銑過程之中，化銑夾具主體材料在含有硝酸和氫氟酸的槽液中不被腐蝕以及化銑夾具能夠帶動零件勻速轉動的問題。該鈦合金化銑夾具的成功應用，為今后此類零件的化銑夾具的設計提供了一定經驗。

鈦合金；化銑；夾具；防腐

其中薄壁筒體鈦合金零件最為難加工，以往采用機械加工方法容易造成零件變形，無法保證零件圖紙尺寸要求。為保證零件質量，采用化銑的加工方法，而化銑夾具性能直接影響零件化銑質量。通過對零件設計圖紙及其化銑工藝的深入分析，研究出一套科學的、可行的鈦合金化銑夾具結構設計方法。解決了零件在化銑過程之中，化銑夾具主體材料在含有硝酸和氫氟酸的槽液中不被腐蝕以及化銑夾具能夠帶動零件勻速轉動的問題，從而滿足了零件化銑的要求，進而保證了零件的化銑質量。

1 鈦合金以其優越的性能。在航空發動機中應用越來越廣泛，但其機械加工性能差制約其在航空發動機中實際應用。其中薄壁筒體鈦合金零件最為難加工，以往采用機械加工方法容易造成零件變形，無法保證零件圖紙尺寸要求。為保證零件質量，擬采用化銑的加工方法，這就勢必采用夾具來保證化銑工藝要求，夾具性能直接影響零件化銑質量能否合格。

1.1 零件化銑前的結構

零件化銑前為板料滾壓成型后焊接而成的筒體（見圖1），其中6-φ11為安裝固定孔與夾具相配，待化銑夾具設計并制造完成后夾具圖紙進行鏜孔。

圖1

圖2

圖3

1.2 零件化銑后的結構。零件化銑后為具有復雜的安裝座及加強肋的筒體（見圖2）。

1.3 研究內容。設計合理的化銑夾具，并將其應用于零件化銑加工，滿足化銑工藝的要求。

2 化銑夾具基本結構及工作原理。化銑夾具是保證化銑能否順利進行的重要工藝裝備，夾具性能直接影響零件化銑質量能否合格。要求化銑夾具必須滿足主體材料在含有硝酸和氫氟酸的槽液中不被腐蝕以及能夠帶動零件勻速轉動。經調研發現，目前國內還無此類化銑夾具可借鑒，這就要求必須對零件設計圖紙及其化銑工藝深入分析后，提出化銑夾具設計方案，并對設計方案進行優化。

2.1 化銑夾具的基本結構。經多次設計改進后，化銑夾具最終采用了輪輻復合結構，該結構具有輕巧、強度高、耐腐蝕好的特點。該化銑夾具主要由No1（固定架）、No2（活動中軸）、No3（墊片）、No4（緊鎖螺母）及緊固件組成（見圖 3）。其中 No1（固定架）、No2（活動中軸）是該化銑夾具的關鍵件，它的結構好壞直接影響該化銑夾具的成敗。下面就對No1（固定架）、No2（活動中軸）具體結構進行分析：固定架采用了輪輻焊接復合結構，主要由No1（固定桿 1）、No2（固定桿 2）、No3（定位塊1）、No4（定位塊 2）、No5（加強三角片）、No6（中軸套筒）、No7（加強圈）、No8（沉 頭十字自攻螺絲）組成（見圖4）。主體采用耐酸能力好的材料0Cr17Ni2Mo2（SUS316）焊接而成。防腐層擬采用以下方案和要求：工裝整體可熱浸pvc膠或襯玻璃鋼防腐層，厚度3～4mm；工裝整體熱浸pvc掛具膠。定位塊在第一次浸膠未固化前安裝，螺絲固定，中間通孔封閉，以免進膠，再整體襯膠固化；工裝整體襯玻璃鋼，選用樹脂及纖維布必須耐化銑藥液的腐蝕。為增加防腐層的附著力No3（定位塊1）、No4（定位塊2）端面均采用了溝槽結構。活動中軸同樣采用了復合結構，主要由No1（軸套）、No2（套筒）、No3（螺桿）、No4（管子）、No5（管子）、No6（銷子）組成（見圖5）。內部采用耐酸能力好的材料 0Cr17Ni2Mo2（SUS316），外部采用PP材料（PP材料，學名為聚丙烯，耐酸性能好，焊接性能好；具有良好機械加工性能，應用廣泛。）、接頭采用PP熱熔焊接的防腐形式。

2.2 化銑夾具的工作原理。首先將待銑表面膠膜去除后的零件安裝到化銑夾具No1（固定架）上并固定，在工件背面、加長部分及固定螺栓涂自干pvc膠封閉后，吊裝到化銑設備上，穿No2（活動中軸）與設備連接（見圖1）。至此化銑設備旋轉機構帶動穿No2（活動中軸）轉動，從而帶動零件轉動。

圖4

圖5

3 化銑夾具的制造及應用

3.1 化銑夾具的制造

1）材料方面。0Cr17Ni2Mo2（SUS316）耐酸能力比0Cr18Ni9(SUS304)強，但SUS316價格貴，采用了SUS304代替。該材料對工裝使用過程沒有太大影響，僅僅是處于酸液中的時間，要略有減少。PP材料選用了工業級PP材料，該材料焊接性能良好，耐酸腐性能好。2）焊接方面。固定架焊接采用了定位夾具固定焊接，焊后對固定桿進行校正的方法，保證了焊接質量。PP材料焊接采用了PP焊條通過熱風機（500度以上空氣）進行焊接的方法，同樣保證焊接質量。3）防腐涂層方面。通過對熱浸PVC膠和襯玻璃鋼作為防腐層實際比較，最終采用了襯玻璃鋼法：即采用樹脂和纖維布（滌綸布），在零件表面進行纏裹，3-4mm約纏10層，固定時間為24小時。該方法具有對任何型面進行襯覆，粘接力好，強度高的特點。通過綜合考慮工裝的使用狀態，使用滌綸布+纖維布和3311型樹脂膠進行襯覆。

3.2 化銑夾具的應用。經現場使用，化銑夾具與化銑設備及零件完全匹配。在化銑過程中，該化銑夾具帶動零件旋轉自如，并且耐腐蝕能力強，保障了零件化銑成功。

結論。通過對零件設計圖紙及其化銑工藝的深入分析，研究出一套科學的、可行的鈦合金化銑夾具結構設計方法。解決了零件在化銑過程之中，化銑夾具主體材料在含有硝酸和氫氟酸的槽液中不被腐蝕以及化銑夾具能夠帶動零件勻速轉動的問題。該鈦合金化銑夾具的成功應用，為今后此類零件的化銑夾具的設計提供了一定經驗。

[1]邱偉.TB6鈦合金的熱變形組織演變規律研究.南昌航空大學【碩士】南昌航空大學2010.05.01

U492.3+23

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