薄膜上腔蓋的加工改進

西安航空動力控制科技有限公司（陜西 710077）王慶輝 權(quán)曉寧 張小青 李航站

鈦合金材料具有密度小、高比強度、耐高溫、耐腐蝕、無磁、透聲、抗沖擊震動等良好的綜合性能，在航天航空產(chǎn)品中應(yīng)用越來越廣泛。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)低、塑性低、硬度高、彈性模量低、彈性變形大等特點，造成鈦合金材料切削加工性差，加工周期長。本文通過某型號薄膜上腔蓋車工工序的機械加工改進，從零件加工特征，加工路線安排，解決措施，刀具選擇加工切削參數(shù)及編程技巧方面來論述，為以后加工此類鈦合金提供一些借鑒。

一、問題提出

薄膜上腔蓋是我分廠一個重要零件，如圖1所示，加工周期長，薄壁易變形，給批生產(chǎn)帶來很大難度。

該零件主要加工特征有：

（1）零件為模鍛件， 材料為TC6，硬度高，為33～38HRC。

（2）端面加工余量大，如圖2所示，達到5mm之多，其外徑處為斷續(xù)，難于加工。

（3）成品零件壁厚最小處只有1.7mm，容易變形。

圖1

圖2

綜上所述，如何有效去除余量，解決內(nèi)型面加工刀具，薄壁易變形等問題成為制約生產(chǎn)的難題。

二、解決措施

1.合理加工，減少變形

為了減少零件加工變形，根據(jù)零件的加工特征，制定加工路線如下：

由于每道工序都為后續(xù)工序留有加工余量，能有效抵消零件加工中產(chǎn)生的變形，保證圖樣尺寸要求。

2.優(yōu)化切削刀具和切削參數(shù)

刀具選擇主要是加工端面刀具的選擇：①第一次試選。根據(jù)鈦合金材料和外形特點，決定用兩把55°外圓仿形車刀來加工，刀具鋒利，抗力會比較小。由于沒有適合的刀片，選擇sw30M刀片來試驗，選擇刀尖R=0.4mm，一把加工外徑斷續(xù)部分，一把加工連續(xù)部分。經(jīng)過試驗，效果不理想，主要是刀片材質(zhì)不適合，磨損嚴重。②第二次試選：采用兩把普通車刀，刀具材料為YG8來加工。由于零件鍛件表面有硬化皮，刀刃干兩、三個工件，就會產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象，需要再次修磨刀具，浪費時間。③ 第三次選擇：根據(jù)鈦合金的加工特點，選擇鈦合金刀片材料KC730，選擇刀尖角R=0.4mm的90°外圓粗車到加工斷續(xù)部分，連續(xù)部分采用刀片材質(zhì)為PR930，刀寬為3mm的外槽刀來加工連續(xù)部分。由于刀具鋒利，加上冷卻充分，滿足加工要求。如圖3所示。

在初中物理教材中，很多知識點和結(jié)論都是建立在物理實驗的基礎(chǔ)上所得來的。但是在傳統(tǒng)的教育模式下，很多教師都僅僅重視對實驗過程的描述和結(jié)論的講解，并沒有帶領(lǐng)學(xué)生親自動手進行實驗操作，使得學(xué)生只能靠聽講的方式掌握實驗的過程和內(nèi)容。這樣的教學(xué)方式已經(jīng)不適用于新課改。因此，在現(xiàn)代教育的背景下，初中物理教師應(yīng)該將教學(xué)的重心向?qū)嶒灲虒W(xué)轉(zhuǎn)移，提高實驗教學(xué)的課程比例，為學(xué)生提供更多自己動手探究物理知識的機會和空間。這樣的教學(xué)方式有利于使學(xué)生通過更加直觀的渠道掌握物理知識。

圖3

切削參數(shù)選擇：在加工的過程中，選擇合適的切削參數(shù)，不僅可以提高效率，也可以降低消耗。

開始加工時，90°外圓刀切削參數(shù)：n=180r/min，f=0.1mm/r，ap=0.8mm，外槽刀切削參數(shù)：n=80r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm，兩刀切除，加工一件活需要35min。為了提高效率，對切削參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)整，采用低轉(zhuǎn)速大進給的加工原則，優(yōu)化90°外圓刀切削參數(shù)為：n=100r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm，外槽刀切削參數(shù)：n=500r/min，v=40mm/min，f=0.15mm/r，ap=2.5mm，去除余量時間減少到15min。

編程技巧：采用G71加工斷續(xù)部分，并且斷續(xù)起刀點降到斷續(xù)面內(nèi)，便于第一刀刀片能多接觸，提高刀片壽命。連續(xù)部分用G75指令，每次徑向切深10mm，退0.6mm，便于冷卻，最終取得較好的加工效果。

刀具選擇：采用端面槽刀25mm×25mm來加工內(nèi)型面。優(yōu)點是可以節(jié)省刀位和時間。此外，刀具剛性好，并且槽刀刀片鋒利，不容易產(chǎn)生積屑瘤。刀片材質(zhì)PR930，刀寬2.5mm。

圖4

圖5

切削參數(shù)：端面槽刀切削參數(shù)：n=200r/min，f=0.08mm/r，ap=2mm；12mm×12mm槽刀參數(shù)為：n=280r/min，f=0.08mm/r，ap=1.8mm；鏜孔刀φ12mm切削參數(shù)：n=350r/min，f=0.08mm/r，ap=1.5mm。

內(nèi)腔的粗加工主要采用外槽刀來加工端面槽，剛性好，并且使用數(shù)控標(biāo)準刀具，節(jié)省成本，加工調(diào)整方便。

（3）內(nèi)腔型面精加工（見圖6）。

精加工，保證總長（11±0.05）mm，保證型面壁厚（2.1±0.4）mm和其他所有尺寸。

刀具選擇主要是型面粗、精加工刀具的選擇：粗加工型面采用20mm×20mm－K3外槽刀來加工，如圖7所示。刀具刀片要修磨，根據(jù)零件度數(shù)10°±30′，切削刃要磨成斜面，比加工度數(shù)大一些。優(yōu)點：刀具鋒利，抗力小，剛性好，可以大進給，調(diào)整方便。

圖6

圖7

精加工型面，10°和圓弧限制了刀具，并且型面最深處達8.2mm，刀具選擇不好，精加工型面時容易產(chǎn)生振顫。后要經(jīng)過拋研才能使用，費時費力。有沒有適合加工的刀具，經(jīng)過試驗查找，用30°外圓仿形車刀橫向裝來精加工型面解決了這一難題。

優(yōu)點：剛性好，刀具鋒利。

把10°型面一分為二，粗加工切削參數(shù)為：外：n=180r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm。內(nèi)：轉(zhuǎn)速改變n=280r/min，其他不變。精加工型面切削參數(shù)：外：n=200r/min，f=0.06mm/r，ap=0.3mm。內(nèi)：轉(zhuǎn)速改變n=300r/min，其他不變。

編程技巧：外槽刀粗加工10°型面時，用G71編程，在刀具不干涉的情況下取型面一點為程序起刀點，先加工一環(huán)形槽，采用先外后內(nèi)向兩邊加工型面。

精加工10°型面時，采用兩個相交的起刀點，加工時采用兩個刀補，因為零件型面彈性變形回彈力不一樣，在實際干活中要根據(jù)加工情況修改刀補，直到內(nèi)外型面相接比較平滑為止。精車順序和粗車一樣，先外后內(nèi)，采用這樣的方法，加工方便，尺寸容易保證，刀具剛性好，零件不容易變形。

（4）左端面合并加工 原來工藝夾頭在精車完內(nèi)型面后工藝安排要用線切割割掉，并且在左端面要加工一個臺階孔和內(nèi)螺紋，如圖8所示。

線切割加工時候不能走的太快，時間比較長，所以通過自磨高速鋼內(nèi)槽刀來切除工藝夾頭。臺階面加工用φ5mm內(nèi)槽刀粗加工。由于臺階深只有1mm，這樣加工可以避免薄壁變形，Z向不受力，加工效率高。最后用φ8mm鏜刀精加工，從里向外，能有效減少振動。螺紋底孔用另外一把刀來加工，這樣下來就減少了不必要的加工時間。

圖8

三、結(jié)語

（1）實踐證明，在數(shù)控加工過程中，選擇合適的刀具不但可以節(jié)省加工時間，并且可以提高加工效率，通過合理安排，該零件提高效率200%。

（2）加工質(zhì)量穩(wěn)定，型面表面粗糙度好，消除表面顫振現(xiàn)象，合格率從原來的80%提高到100%。

（3）節(jié)約成本，采用外槽刀來加工內(nèi)腔型面比用硬質(zhì)合金整體槽刀節(jié)省成本。

（4）總結(jié)出鈦合金粗加工的最佳切削速度為v=40～60mm/min，并且在其他鈦合金零件加工中證明有明顯效果，刀具壽命顯著提高。