盲孔硬材料數控銑削螺紋深度不合格解決方案

何東方，何坤，王憲龍，謝長超，呂娟娟

河南航天精工制造有限公司 河南信陽 464000

1 序言

高溫合金通常分為鎳基高溫合金、鈷基高溫合金和鐵基高溫合金等。其中，鎳基高溫合金具有優異的高溫強度、良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能、良好的疲勞性能以及斷裂韌度等綜合性能，被廣泛應用于航空、航天、輪船和能源等領域。

GH4169作為鎳基高溫合金的典型材料，其難加工特性主要表現為切削力大、切削溫度高、導熱性差、材料高溫硬度高及材料中金屬化合物和硬質點較多等。加工鎳基高溫合金時，切削力一般為鋼材的1.5～2倍，切削溫度約為鋼材的2倍，同時材料導熱系數低、導熱性差，切削熱集中在刀尖，不易散熱，切削產生的高溫等使刀具發生嚴重的擴散磨損、氧化磨損和粘結磨損[1]。

2 加工難題

圖1所示為我公司加工的某型號發動機用零件三維模型，產品四周有5個深度5.5mm的M4×0.7mm盲孔螺紋，產品材料為GH4169。由于螺紋較小導致螺紋銑刀太細，懸深又太長，所以刀具剛性較差。螺紋銑削過程中刀具磨損快、刀具剛性差，導致加工后螺紋有效深度不合格[2]。通過分析原因發現，刀具剛性差，使加工過程刀具受力產生讓刀現象，導致實際加工螺旋線為一個上大下小的喇叭口（見圖2）。

圖1 產品三維模型

圖2 不合格產品的螺旋線

產品研制階段至今，采用的是數控銑削加工螺紋的方式，以保證螺紋孔口能用螺紋塞規止住，后續由鉗工返修螺紋，以保證螺紋深度符合圖樣要求。但實際加工過程中，由于螺紋光孔深度和螺紋有效長度相接近，所以產品在返修時需要把絲錐前端導向部分修磨掉，修磨后絲錐壽命降低，而且材料太硬，絲錐切削時抗力大，導致產品在鉗工返修時，絲錐斷在產品內使產品報廢的情況時有發生。此產品螺紋加工從研制階段至今幾年的時間一直是影響訂單交付的瓶頸。

3 解決方案和程序編制

通過編制宏程序雙層嵌套控制加工路徑，一層嵌套控制機床3個直線軸聯動加工錐形螺旋線，一層嵌套控制螺紋深度計算，銑上小下大的錐螺紋。程序刀具路徑如圖3所示，采用程序對產品讓刀的方式進行反向補償。根據產品結構和材料特性聯系刀具廠商定制專用刀具（見圖4），經過多次調試，找到最佳的錐度參數，最后達到螺紋數控銑削一次加工合格的效果，后續不再需要對螺紋進行返修，合格產品如圖5所示。

圖3 程序刀具路徑

圖4 專用刀具

圖5 合格產品

在螺紋銑削加工中，刀具的運動軌跡為一條倒錐螺旋線，采用參數化編程賦值，對刀具運動的每個點位進行計算[3]。宏程序編制以FANUC系統加工中心為例，程序如下。

4 結束語

宏程序由于允許使用變量算數和邏輯運算及條件轉移，使得程序修改起來更方便、更容易，所以該程序在應對相似問題時，可以迅速修改完成并投入使用。此方案解決了公司該類產品的加工難題，使產品合格率從80%提高到97%，加工效率提高了兩倍。