鈦合金高精度錐面車削加工技術(shù)研究

趙德滿，李祖華

（長沙中傳航空傳動(dòng)有限公司，湖南 長沙 410200）

高精度錐面在機(jī)械加工中經(jīng)常會(huì)遇到，尤其是軸類零件的配合面，材料大多為黑色金屬，通常的加工方法就是磨削加工，修磨砂輪或砂輪擺角度保證錐度。某型號直升機(jī)減速器，其中有1個(gè)連接法蘭盤（圖1），材料為鈦合金，內(nèi)腔兩端各有一個(gè)30°的錐面，尺寸公差及表面光潔度要求較高。因其特殊的結(jié)構(gòu)及有色金屬偏軟的內(nèi)部組織，不適合磨削加工，只能采用車削的方式，使用專用夾具及合理的切削參數(shù)，達(dá)到零件的設(shè)計(jì)需求。

圖1 法蘭盤結(jié)構(gòu)圖

1 技術(shù)難點(diǎn)分析

該零件兩端的30°錐面在減速器裝配時(shí)作為安裝基準(zhǔn)，與內(nèi)、外錐形塊緊密配合，并通過內(nèi)、外錐形塊作用于齒輪軸上，起旋轉(zhuǎn)定心作用(圖2)。其加工精度的好壞決定著內(nèi)、外錐形塊與之配合時(shí)的接觸面積，工作時(shí)影響內(nèi)、外錐形塊的使用壽命，進(jìn)而影響整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的功能；從圖1可以看出，錐面的角度公差為±15″，相當(dāng)于Ⅰ級精度，其粗糙度為Ra1.2，斜面長度為15mm左右，錐面著色要求不少于85%。由于精度高、斜面短，無論是加工或計(jì)量都比較困難。

該零件為TC4鈦合金材料。鈦合金加工比較困難，主要表現(xiàn)在：鈦合金切變系數(shù)小于或接近于1，切削時(shí)加速刀具磨損；鈦合金切削時(shí)溫度高，比45#鋼高出一倍，散熱性差，刀具易燒損；單位面積上的切削力大，容易崩刃；表面易產(chǎn)生硬質(zhì)表層，切削時(shí)易損傷刀具產(chǎn)生缺口、崩刃、剝落等現(xiàn)象；切削時(shí)，鈦屑及被切表層易與刀具材料咬合，產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，引起劇烈的黏結(jié)磨損。

因此，工藝上在加工鈦合金零件時(shí)，一般選用鎢鈷類硬質(zhì)合金專用刀具，與鈦合金親和力小、導(dǎo)熱性好、強(qiáng)度較高。加工方式上通常采取車削和銑削的方式，不易采取磨削加工。

圖2 法蘭盤裝配圖

2 工藝方法

傳統(tǒng)的加工鋼制件錐面采用磨削的方式，對有色金屬尤其鈦合金零件接觸少、了解不多、加工經(jīng)驗(yàn)欠缺。但總結(jié)以往的經(jīng)驗(yàn)及通過摸索試驗(yàn)，將錐面的加工分為粗精加工，精加工的余量為單邊0.25mm。考慮到機(jī)械加工變形的影響，將精加工作為最后一道機(jī)加工序。

3 裝夾方式

該零件圓周直徑為Φ400mm左右，按照其規(guī)格工藝安排高精度的車銑復(fù)合加工（大型高精度數(shù)控車也可以滿足要求），要保證精度，兩端錐面必須一次性加工，零件裝夾一定要穩(wěn)定。必須采用專用數(shù)控夾具（圖3）。

圖3 夾具圖

4 切削參數(shù)及加工策略

零件材料為鈦合金。參考標(biāo)準(zhǔn)，加工時(shí)采用鎢鈷類硬質(zhì)合金專用刀具，為保證粗糙度要求，刀尖要盡量小，但鈦合金加工時(shí)刀尖非常容易磨損，刀尖半徑又不能太小，在此選用R0.4mm刀片。由于錐面角度公差非常小為±15″，反映到線性尺寸為0.002mm，也就是軸向或徑向尺寸差0.002mm，角度就會(huì)偏15秒，要保證此公差非常困難，因此，加工每個(gè)零件刀具長度值要保持穩(wěn)定，必須考慮到刀具的磨損。針對此零件的加工，主軸轉(zhuǎn)速限定為150r/min，進(jìn)給為0.15mm/r，最大切削量的加工余量為0.25mm。

為保證兩端錐面的一致性，兩端錐面編程時(shí)采用同一方向加工，右端錐面刀具正向加工，左端錐面刀具旋轉(zhuǎn)180°加工，加工示意圖見圖4。

5 檢測方法

對錐角的檢測方法是采用三坐標(biāo)進(jìn)行測量，因其型面太短，三坐標(biāo)測量通常會(huì)有很大誤差，必須多量幾次，得到其平均值；另一種方法就是著色檢查，著色檢查必須采用專用夾具，夾具的設(shè)計(jì)要求較高，但必須要巧妙，考慮到兩端錐面，采用球形支承，如圖5所示。

6 結(jié)語

圖4 加工示意圖

圖5 測量示意

通過此種方法的加工，錐面的錐角基本在其公差范圍內(nèi)，零件質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了很大改善，達(dá)到了預(yù)期目的。在加工中得知零件的裝夾找正及計(jì)量方法對尺寸的精度有很大的影響，所以在精加工錐面前要精修相關(guān)基準(zhǔn)。對于零件的計(jì)量一定要統(tǒng)一計(jì)量方法，保持穩(wěn)定性。另外，對于此類有色金屬高精度錐面的加工，主要從如何消除零件變形方面考慮，合理安排工藝路線，使用功率大、剛性好的機(jī)床，合理選擇切削刀具和切削參數(shù)。對于形位精度要求高的相關(guān)尺寸和基準(zhǔn)，盡量采用合理的工裝夾具，通過一次裝夾，一次加工的方法來完成。