鈦合金材料的數(shù)控加工方法解析

周曉慶

[關(guān)鍵詞]鈦合金;薄壁;濾筒;數(shù)控加工

引 言

鈦合金由于具有高強(qiáng)度、低密度和高耐腐蝕的特點(diǎn)，在航空航天工業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而在加工過程中，刀具耐用度低、熱導(dǎo)率小、粘刀嚴(yán)重，其屬于難加工材料。

現(xiàn)如今，我國(guó)的科技發(fā)展十分迅速，通過分析鈦合金薄壁濾筒的使用性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)精度要求，實(shí)際生產(chǎn)制定的數(shù)控加工工藝要注意選取科學(xué)合理的切削刀具和切削用量，特別是在定位、裝夾、找正等方面總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)和注意事項(xiàng)，就能解決鈦合金材料難切削性對(duì)薄壁濾筒造成的加工困難問題和鈦合金加工過程中易產(chǎn)生毛刺問題。合理的數(shù)控加工工藝是保證鈦合金薄壁濾筒加工精度的關(guān)鍵，同時(shí)也是大批量生產(chǎn)提高加工效率，縮短加工周期的關(guān)鍵。

一、鈦合金零件的性能特點(diǎn)及其應(yīng)用

①密度小，強(qiáng)度高，強(qiáng)度大于高強(qiáng)度鋼。②熱穩(wěn)定性好，高溫強(qiáng)度高。在300℃～500℃以下，它的強(qiáng)度約比鋁合金高十倍。③抗蝕性好。鈦合金在潮濕大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于不銹鋼，對(duì)點(diǎn)蝕、酸蝕、應(yīng)力腐蝕的抵抗力很強(qiáng)。對(duì)堿、氯化物、硝酸、硫酸等有著優(yōu)越的抗腐蝕能力。④化學(xué)活性大，能與大氣中的O、N、H、CO、CO2、水蒸氣等產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)。在600℃以上時(shí)，鈦吸收氧，形成硬度很高的硬化層。H含量上升，也會(huì)形成脆化層。⑤導(dǎo)熱性差。鈦的導(dǎo)熱系數(shù)低，約Ni的1/4，F(xiàn)e的1/5，Al的1/14，鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)更低，一般為鈦的50%。⑥彈性模量小。鈦的彈性模量為107800MPa，約為鋼的1/2。綜上所述，由于鈦合金具有比重小、強(qiáng)度高、無(wú)磁性、耐腐蝕和高溫的特點(diǎn)，廣泛用于船舶、航空航天、精密儀器儀表等領(lǐng)域的核心零件。

二、鈦合金材料的數(shù)控加工方法

（一）開槽前數(shù)控車削粗加工及注意事項(xiàng)

鈦合金濾筒在加工窄槽前壁厚大于1mm，雖然這種薄壁結(jié)構(gòu)會(huì)使加工過程剛性降低，車削加工容易引起振顫，但車削仍屬于連續(xù)切削形式。粗精加工外圓和端面是一般的常規(guī)車削，掉頭裝夾后要找正外圓，保證端跳動(dòng)和圓跳動(dòng)不超過0.02mm的情況下留精加工余量粗車內(nèi)孔，這樣能保證兩端面與軸線垂直度以及內(nèi)外圓柱面的同軸度均在0.05mm以內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)中要注意：①鈦合金內(nèi)孔加工不易斷屑，容易纏繞在刀具上堵塞內(nèi)孔發(fā)生濾筒夾緊力不足，導(dǎo)致薄壁濾筒從三爪卡盤中脫落發(fā)生危險(xiǎn)，所以要在程序段中特意添加規(guī)律性進(jìn)給停頓語(yǔ)句，讓屑斷開并能順利排出內(nèi)孔;②在裝夾時(shí)要注意夾緊力的大小，過大容易引起薄壁圓柱的變形，影響加工精度，過小則存在脫落發(fā)生危險(xiǎn)的可能，所以?shī)A緊力要大小適當(dāng)，必要時(shí)要精確量化;③由于后續(xù)銑削加工中空間的原因，選用外圓柱面定位裝夾銑削窄槽時(shí)容易引起刀具和夾具的干涉，必然會(huì)選用內(nèi)孔定位，盡管內(nèi)孔在此工序是粗加工，但在尺寸精度和表面質(zhì)量方面必須滿足一定的要求，一致性要好，否則將導(dǎo)致后續(xù)銑削工序費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

（二）走刀方式的選擇

銑削鈦合金時(shí)，宜采用順銑。順銑時(shí)，由于刀齒切出時(shí)的切屑很薄，不易產(chǎn)生積屑瘤，能減小黏結(jié)磨損。逆銑正好相反，容易黏屑，當(dāng)?shù)洱X再次切入時(shí)，切屑被碰段，容易使刀具材料剝落、崩刃。但是，順銑時(shí)由于鈦合金彈性模量小，容易造成讓刀現(xiàn)象，因此需要光刀一次。順銑時(shí)作用在工作臺(tái)上的水平分力與走刀方向相同，由于絲杠與螺母之間有間隙，會(huì)使工作臺(tái)突然竄動(dòng)，發(fā)生啃刀。但是數(shù)控加工中心進(jìn)給絲杠與螺母無(wú)間隙，這為采用順銑走刀方式提供了方便。

（三）開槽后數(shù)控車削精加工及注意事項(xiàng)

薄壁濾筒經(jīng)過數(shù)控銑開窄槽加工后，內(nèi)孔中沿窄槽布滿了毛刺，精車內(nèi)孔的目的主要是去除內(nèi)孔毛刺，讓內(nèi)孔尺寸和表面質(zhì)量達(dá)到精度要求。此時(shí)的車削加工屬于斷續(xù)切削形式，加工難度相對(duì)更大，在實(shí)際生產(chǎn)加工過程中要注意以下幾點(diǎn)：盡可能地減少振顫，減少應(yīng)讓刀帶來(lái)的加工誤差;切削用量與內(nèi)孔精車余量要匹配好，余量過大造成內(nèi)孔斷續(xù)切削加工困難，余量過小時(shí)毛刺容易擠向窄槽內(nèi)，這樣內(nèi)孔毛刺清除費(fèi)時(shí)進(jìn)給速度f(wàn)=0.1mm/r的情況下，車削平穩(wěn)毛刺去除效果最佳;同樣在裝夾時(shí)要注意加長(zhǎng)銅軟爪對(duì)薄壁濾筒夾緊力的大小，過大容易引起薄壁圓柱的變形，影響加工精度，過小則存在脫落發(fā)生危險(xiǎn)的可能，所以?shī)A緊力要大小合適，必要時(shí)要精確量化。加工完成后經(jīng)過檢驗(yàn)合格。

結(jié) 語(yǔ)

薄壁濾筒零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，數(shù)控加工工序也相對(duì)簡(jiǎn)單。圍繞著鈦合金加工過程中給出的刀具類型、切削參數(shù)、裝夾找正方法和注意事項(xiàng)，為大批量難加工材料薄壁結(jié)構(gòu)零件的加工提供了一定的參考和借鑒。值得一提的是，在精車內(nèi)孔的同時(shí)解決了上一工序窄槽加工時(shí)遺留的毛刺問題。在數(shù)控加工工藝安排上，后一工序既能實(shí)現(xiàn)本工序的加工目的又能解決前一工序遺留的問題，這種工藝安排方法省時(shí)高效。

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