鈦合金高精度大批量墊片車削工藝

西安北方光電科技防務有限公司 （陜西 710043） 王文仲 呂興平 王 斌

隨著科學技術的發展以及產品可靠性要求的不斷提高，產品裝配調試需求鈦合金墊片也越來越多。這類環形片狀墊片的結構雖然簡單，其厚度在0.4～0.7mm，其表面質量和幾何形狀精度要求較高，由于其自身剛性差以及鈦合金材料的難加工性，使得墊片的加工精度很難保證。本文通過對鈦合金墊片的車削過程控制，并在實踐中證明該車削工藝有效地解決了鈦合金高精度大批量墊片質量控制問題。

1.車削墊片的工藝分析

如圖1所示的結構為墊片，材料為鈦合金，用通常的卡盤夾緊車削的加工方法無法保證零件的精度要求。此零件為環形薄片零件，加工難度有三點：一是如何解決鈦合金材料的刀具問題；二是如何保證零件的加工尺寸精度及形位公差；三是如何保證大批量生產。

圖1

2.目前車削鈦合金墊片存在問題

（1）鈦合金屬于難加工材料，使用普通刀具車削鈦合金材料，刀具磨損快，表面粗糙度值大，精度無法保證。

（2）在切削力的擠壓作用下導致零件變形，特別是背向力的作用使墊片受到擠壓作用使其變形，直接影響墊片的尺寸精度及形位公差。

（3）墊片剛性差，壁超薄，強度低，在切削過程中容易產生振動使其變形。由于每次車削時，其內部應力的釋放使其彎曲、扭曲變形。

（4）裝夾方式及夾緊力變形。由于墊片壁超薄，如果采用徑向夾緊，受徑向力的作用使零件產生彈性變形。

（5）切削熱變形。由于墊片材料為鈦合金，其強度高不易車削，切削熱集中于刀尖部位，刀具高溫硬度、強度受到影響，刀尖磨損加劇，熱量集中使墊片變形，特別是在車削端面時，超薄墊片零件因單面受熱，在左右端面間形成溫差而變形，造成的幾何形狀誤差非常明顯，從而影響零件的加工精度。

（6）切削用量引起的變形。合理選擇切削用量能夠有效地減小切削力，從而減小零件變形。

（7）鈦合金原材料均采用鈦棒加工，目前墊片的制造方法是采用高精度數控線切割設備，使用“慢走絲”加工，這種加工方法的缺點是制造周期長，生產效率低，制造成本高，滿足不了批量生產需求。

3.解決措施

（1）針對鈦合金難加工材料，進行了大量的試驗及總結：①刀具材料的選擇。應盡可能采用硬質合金刀具，并應選用與鈦合金親和力較小的YG類硬質合金。如為斷續切削或有沖擊時，也可采用高速鋼刀具（如W2Mo9Cr4VCo8等），或采用超細顆粒的硬質合金（如YG10H、YG8W等）。②合理選擇刀具幾何參數。刀具的磨損、刀鈍會使零件主切削抗力增大，造成墊片變形，刀具切削刃太鋒利雖然有利于切削，但刀具強度較低，刀具易于磨損，反而使切削力增大，同樣使零件變形，通過反復加工實踐，在精加工時，前角取γo=15°～20°，后角取αo=8°～12°。③切削用量的選擇。選用較低的切削速度及較大的進給量和切削深度。用硬質合金車刀車削時，可取f=0.1～0.3mm/r；粗加工時切削深度一定要大于氧化皮的深度。

（2）選擇合理的裝夾方式，采用軸向壓緊，減小工件的幾何形狀誤差，夾緊力不宜過大，以免工件變形。

（3）細化加工工序，減小墊片變形。墊片加工過程分段進行，粗、精加工分開進行，避免工序集中，消除精加工時切削力較大引起的變形，粗車后零件通過熱處理時效消除殘余應力，減小零件的應力變形。

（4）合理選擇切削參數。在有效保證零件加工精度的情況下，提高加工效率。根據經驗及加工實踐，精加工時切削速度v=50m/min，進給量f=0.06～0.1mm/r，零件越薄進給量要越小，背吃刀量ap=0.05～0.1mm。

（5）選擇切削液，采用濕加工降低切削區溫度，提高表面質量，延長刀具壽命。一般應選用極壓乳化液來冷卻，流量應充足。充分使用切削液進行冷卻，防止零件熱變形。

（6）設計合理的夾具，控制墊片的變形和滿足批量生產需求。根據墊片的結構和需要，盡力滿足墊片的加工精度，設計了簡易夾具，如圖2、圖3所示。通過夾具裝夾零件，有效地防止了工件在裝夾中的變形，保證了零件的加工要求。

圖2

4.工藝方案

墊片加工工藝流程：下料→粗加工→熱處理（時效）→精加工。

圖3

（1）粗車削加工如圖4所示。鉗工鉆孔3個φ4mm孔（多件加工）。

（2）使用軟爪夾持外圓φ52mm車削，保證形位公差要求，平面度0.01mm，垂直度0.015mm，內孔φ20H9，倒銳角毛刺（見圖5）。

（3）將墊片裝夾到端面車削夾具內（見圖2），以外圓φ52mm定位，用壓緊螺母壓緊，車削端面時由壓緊力位置向內車削，背吃刀量不大于0.1m m，保證尺寸公差要求，車削的最大外圓尺寸要大于φ50mm。

（4）以墊片孔定位，將零件裝夾到外圓車削夾具內（見圖3），在端面用壓板壓緊，車削外圓達到圖樣要求（多件一起加工）。

圖4

圖5

5.結語

通過運用以上車削過程控制，有效防止了墊片在車削過程中的變形量，使零件尺寸精度及形位公差要求得到保證，加工質量穩定，并且提高了生產效率，降低了制造成本。鈦合金高精度大批量墊片車削工藝實用性強，具有較好的推廣作用。