某型號薄壁機匣加工技術研究

劉金慧

摘 要：文章研究的對象是某科研機型組件中的一個關鍵薄壁機匣零件，該零件屬于典型的大尺寸、空心、薄壁件結構，所以工件剛性差、強度弱，在加工中極易變形。在實際生產加工中通過優化改進，最終使得零件的加工難點得到解決。

關鍵詞：薄壁機匣；剛性差；變形

前言

文章研究的機匣即是某科研機型組件中的一個鈦合金材料薄壁類零件。該零件的質量對整個機械系統運行的穩定性起到很關鍵作用。由于該機匣的重要工作表面為內部流道型面部位，因此對于機匣型腔內部流道部位的表面粗糙度要求較高，以保證工作時的精度要求。

零件的材料為TAV6鈦合金材料，鈦合金材料的特點為導熱系數極小，切削熱又集中在切削刃附近，所以切削溫度很高，使得加工表面容易產生變形，在者鈦合金材料的化學性能活潑，在高溫下易與大氣中的氧、氮等元素化合從而生成硬而脆的物質，加劇刀具磨損，還有鈦合金材料彈性模量小，已加工表面的回彈量大，加劇了對刀片后刀面的摩擦，所以這種材料的切削加工性能很差，給機械加工提出了很高的要求，但是由于這種材料的密度小、重量輕、強度高等結構特點，因此在航天航空領域的應用非常廣泛，而國外對這種材料的研究比較早，研究的也比較深入，我國對這種材料的研究還比較少，可供借鑒的資料也很少，對于完全掌握這種材料的切削技術還有些難度。

1 零件結構特點及加工難點分析

零件最大外廓幾何尺寸為直徑φ500mm，高度147mm，最薄處壁厚僅為2.3mm，屬于典型的回轉體薄壁件。圖1為機匣流道示意圖。由于工件剛性差、強度弱，加之零件材料為鈦合金，因此流道部位粗糙度難以保證，是加工中的一個難點，針對此問題在加工現場進行了大量的攻關試驗，最終該問題得到解決。

圖1 機匣流道示意圖

2 解決流道粗糙度問題優化措施

2.1 工裝夾具的改進

為保證流道粗糙度滿足圖紙要求，加工過程中必須保證整個工藝系統的穩定性，因此進行合理的裝夾及定位是非常關鍵的，另外切削時夾緊力不能過大，一定要掌握好零件的夾緊力度。改善前工裝只是定位和壓緊了零件的左側，需加工的型面處與夾緊部位距離較大，形成了懸臂結構，加工時工件很容易產生振動，加工后出現了明顯的振紋現象，流道表面的粗糙度不合格。圖2為改善后工裝圖，新工裝增加了輔助支撐裝置，避免懸臂結構的出現，加強了工件在加工過程中的剛性，減小工件振動，另外，改進后的夾具將原來的右旋壓緊螺栓改為左旋，使零件受力方向與螺栓旋緊方向一致，并在零件外徑表面處纏繞工業橡膠帶起到減震作用，這些都對減少振動起到一定作用。

2.2 刀具結構的選擇

在加工過程中刀具是切削加工的直接作用工具，它的完善、合理程度對切削加工起著決定性的作用，根據零件材料的特性和硬度，來合理的選取相應的刀具加工是相當重要的。

加工中試驗了兩種刀具方案，如圖3所示。在試驗中發現，通過增大刀柄直徑即加強刀柄強度，能大大改善加工表面的質量。其次，刀片的結構也很重要，方案1的刀片懸伸長，連接部位加工時易產生振動，因此會影響加工表面的質量，而方案2選用的圓刀片使得槽刀片懸伸部分由刀體代替，刀片直接由螺釘固定在刀體上，減小了刀具振動，有利于提高加工表面的粗糙度。該方案總體思路采用的是非標專用刀桿結構加通用刀片形式，這樣既可以通過特殊設計保證刀具強度，克服加工振動，又可以利用通用刀片的高精度、高性能和低磨損，減少加工變形、回彈，保證尺寸精度。通過優化刀具結構和形式，保證加工型面質量。

2.3 加工參數的優化

切削溫度高是切削鈦合金的顯著特點，必須優化切削用量以降低切削溫度，其中重要的是確定最佳的切削速度。鈦合金切削速度宜低，以免切削溫度過高；進給量適中，過大易燒刀，過小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。加工時須加冷卻液充分冷卻。

為了使得流道部位粗糙度能夠滿足技術要求，實際加工過程中，在切削加工參數上進行了大量試驗，最終確定粗、精車加工參數。粗加工切削參數轉速n=35r/min，進給f=0.15mm/r，切深ap=0.5mm，精加工轉速n=35r/min，進給f=0.05mm/r，切深ap=0.05mm。

3 結束語

通過對該機匣的研制，使我們對薄壁件的變形及鈦合金的機加性能有了更深的了解；對薄壁零件的特點、加工中的關鍵問題、變形的影響因素以及如何制定行之有效的控制措施，有了新的認識。