鈦合金法蘭盤銑加工方法的研究

紀　鑫　韓　微（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧　沈陽　110043）

鈦合金法蘭盤銑加工方法的研究

紀鑫韓微
（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧沈陽110043）

在鈦合金法蘭盤銑加工過程中，需要克服零件易變形、尺寸精度高、加工效率低、刀具消耗成本高等問題，該零件在控制成本和減小超差風險方面須進行研究，本文從該類零件的材料特性開始敘述了該零件加工過程中選擇刀具的要點、走刀路徑的設計和參數選擇的過程，對如何提高鈦合金零件加工效率、減小變形和降低超差可能性進行了分析，按照銑削方式對加工過程中切削負荷的控制方法進行了初步研究。

鈦合金；法蘭盤；易變形；加工效率；切削負荷

1　零件結構介紹和加工需求

本文針對法蘭盤的銑加工過程進行論述。典型零件兩側各有一組定位面，前端連接發動機整流罩，后端連接發動機風扇盤，孔和花邊起到固定和減重作用。以下是銑加工工序要求。法蘭盤的結構復雜，由于大部分結構都有著專門的作用，因此尺寸精度要求高，零件的加工難度較大。由于該類型零件的加工余量較大，加工過程中必須保證零件加工前后變形得到有效控制，零件的表面質量要求相對嚴格，因此加工過程比較復雜。這使得該零件加工工藝方法與傳統工藝方法具有較大差別。該零件銑加工工序除了要完成較嚴格的孔徑要求，同時還要在去除大余量過程中保證加工變形有效控制，該零件各組孔之間角向關系復雜，且位置度要求較高，孔與花邊有嚴格的位置關系，加工后還要進行噴丸等特種工藝，加工時必須內控上述特性以滿足后續特種工藝過程對其的影響，這給零件的加工帶來了困難。

2　材料切削性能及刀具選用

2.1材料特性介紹

該零件使用DMD0777材料相當于國產TC4合金，與其它的金屬材料相比，鈦合金具有比重小、熱強度高、熱穩定性和抗腐蝕性好等特性，但同時鈦合金材料還具有硬度或高溫硬度高、加工硬化大、導熱性差、切削溫度高、易與刀具粘接、化學活性大等特點，鈦合金的這些特性使得它成為切削加工性較差的難加工材料。

2.2切削刀具的選擇

切削刀具的選擇需要注意幾個主要的方面：

（1）從刀具幾何角度方面考慮，刀具后角通?？梢匀〈笠恍?，以減低后刀面和工件表面之間的摩擦，前角也要選大些使刀具更鋒利，增強刀頭強度，減小加工變形，降低加工硬化，提高已加工表面質量。

（2）從刀尖強度、散熱能力、耐磨性、表面質量和加工效率方面考慮，在確保裝夾和刀具系統剛性情況下可以適當增大銑刀端部刀尖半徑，這允許了在保證表面質量情況下降低切屑厚度、進而提高進給，并加強了刀尖強度、散熱能力、耐磨性。

2.3加工鈦合金切削用量的選用準則

鈦合金切削用量和高溫合金以及部分航空用不銹鋼材料接近，都是應從降低切削溫度的觀點出發，因為控制切削熱是保護刀具的首要手段。由于切削鈦合金時，表面粗糙度與切削線速度無關，切削深度的影響也很小，所以在考慮加工效率因素情況下可以根據刀具形狀和大小以及端刃圓弧結構適當調整進給量，力求通過切屑的厚度和寬度來控制刀具切削過程中的受力狀態，達到加工目的。選擇切削用量過程中還應考慮加工過程中刀具和零件承受的切削負荷，降低切削負荷的首要方法是降低切削力，輕快的切削有利于降低零件加工過程中的受力，進而減小零件變形。切削負荷的降低有幾種方法，首先，可以選擇小切深，大進給方式，該方式在使用端刃進行切削過程中較為常見，由于此種方法排屑容易，冷卻方便，刀具整體承受負荷較低，因此在達到加工目的的同時還可以實現較大的材料去除率。其次，可以選擇小切寬大進給方式，同樣為了降低刀具承受的載荷，也可以達到同樣目的，在兩種方法都可以應用時，首選使用端刃進行加工，因為此時由于刀具受力方向更偏向刀具軸向方向，剛性較強。在端刃磨損無法使用情況下，以側刃進行銑削可以有效利用刀具的各個位置，有利于降低刀具消耗。本零件加工過程中，這兩種方法都進行了應用，達到了加工效率和刀具成本的平衡。

3　該零件銑加工刀具軌跡設計和加工過程

3.1刀具軌跡設計的一般原則

花邊結構需要去除的余量較大，加工及工序控制難度大，走刀路徑的設計對零件加工有著較大影響。在本零件的銑加工過程中克服了幾項刀軌設計的難題。首先為獲得較大材料去除率需要應用刀具過程中盡可能有較大進給，大進給應用過程中必須避免拐角處的切削負荷變化問題，避免該問題的方法一方面是低負荷切入、切出，另一方面，在較小拐角處應通過切削參數來調整切削負荷，即應用圓弧切入切出方法和拐角處降速的方法。刀具軌跡設計過程必須考慮加工過程中每個加工動作，將各個時刻的切削負荷有效控制，才能將刀具性能有效發揮，同時有利于降低刀具損耗。銑削過程中，針對鈦合金永遠是用順銑方式，因為材料性能原因，逆銑時刀具磨損較大，零件表面質量較差。

3.2加工過程要點

加工的操作過程中需要嚴格按照操作規程進行，為滿足零件批產的需求和質量的穩定，加工過程中需要注意多個方面，其中包括：

（1）刀具的裝夾長度需要嚴格規定，因為在進行極高效率的去除材料過程中，往往牽扯零件和刀具震動問題，通過調整參數盡管可以避免共振產生，但為了追求成本上的降低，應選擇最優的加工條件。

（2）刀具的耐用度需要經過試驗和統計，因為加工鈦合金零件過程中常常出現加工硬化等表面問題，該問題往往由于刀具積壓零件表面或切屑進入切削區域產生，因此鈍刀不能使用，必須明確規定每把刀具加工零件的數量。

（3）精加工過程必須使用新刀刃并且精加工過程中不允許中途更換刀片，避免刀片尺寸和鋒利程度對零件質量造成不穩定影響。

（4）對于整體硬質合金刀具，加工前必須檢查刀具是否鋒利，磨損較嚴重的刀具不允許使用。

（5）安裝精加工刀具過程中必須檢查刀具偏擺，刀具偏擺值超過0.02時將造成部分特性超差。

結語

由于此零件加工過程設計合理有效，余量去除過程穩定以及對操作步驟的熟練掌握，達到了零件加工過程的高效率、高質量和低消耗，通過該件的研制最終保證了設計圖紙和相關文件的要求，成功完成該機型法蘭盤銑加工技術的研究。

[1]航空發動機典型零件機械加工[M].北京：航空工業出版社，2014.

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