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        鈦合金法蘭盤加工技術(shù)探究

        2012-11-16 03:38:20張成武姜全營
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2012年4期
        關(guān)鍵詞:變形工藝

        張成武 姜全營

        (沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110043)

        1 概況

        法蘭件是發(fā)動機(jī)上的重要部件,材料為DMD0776,屬于鈦合金系列;零件尺寸公差嚴(yán),圓周方向上共96個孔,其中有24個孔公差為Ф6.35+0.015,且孔相對于基準(zhǔn)A,B,C的位置度為0.1mm;零件加工過程變形較大,機(jī)械加工過程中零件受溫度影響嚴(yán)重,噴丸前后,零件狀態(tài)也有較大的差異,是整個新件研制過程中的一道難關(guān)。

        2 材料特性分析

        鈦合金在DMD0776規(guī)范中規(guī)定為TA6,屬于α型合金,組織穩(wěn)定,但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,室溫強(qiáng)度不高。不含β穩(wěn)定元素,抗拉強(qiáng)度為736~981Mpa,塑性較好。

        3 法蘭件工藝路線

        經(jīng)工藝評審工藝路線安排如下:毛料-修基準(zhǔn)-半精車后端-半精車前端型面-腐蝕檢查-標(biāo)印-加工內(nèi)圈孔及花邊-去毛刺-精車前端-去毛刺-精車后端-加工外圈孔及槽-去毛刺-加工后端面槽-去毛刺-熒光檢查-清洗-修整表面-噴丸-去污染-最終檢驗

        4 關(guān)鍵尺寸及加工難點(見圖1)

        ①Ф6.35+0.015孔及孔位置度0.1mm;②平面度 0.03mm;③15.9±0.075mm;④11±0.1,9.7±0.1mm。

        5 車加工工藝分析

        5.1 粗車及半精車工藝:來料狀態(tài)為鈦合金鍛件穩(wěn)定處理后的零件表面作為修基準(zhǔn)工序的基準(zhǔn),且使用數(shù)控臥車進(jìn)行加工,因此使用了小余量修基準(zhǔn),保證技術(shù)條件即平面度和光整加工的加工方法,這種辦法既保證了零件的平面度,又保證了零件的表面粗糙度。

        5.2 精車工藝:不僅沿用了半精車時的光整加工,而且通過實驗跟蹤零件變形的趨勢,找到了零件由于材料軟,加工中受刀具作用產(chǎn)生塑性變形,尺寸不能滿足圖紙要求的規(guī)律,并在程序中進(jìn)行控制,保證圖紙尺寸要求,程序控制見圖2,在程序中增加兩條斜線,保證尺寸5±0.1mm等厚。

        6 機(jī)械加工余量分析

        該材料屬于難加工材料,往往加工硬化趨勢強(qiáng),高溫強(qiáng)度高,使其加工性變得更差了。鈦合金材料導(dǎo)熱性差,致使切削溫度很高,降低了刀具耐用度;600℃以上溫度時,表面形成氧化硬層,對刀具有強(qiáng)烈的磨損作用;塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑與前刀面接觸長度很小,前刀面上應(yīng)力很大,刀刃易發(fā)生破損;彈性模量低,彈性變形大,接近后刀面處工件表面回彈量大,所以已加工表面與后刀面的接觸面積大,磨損嚴(yán)重。因此根據(jù)國外一些技術(shù)資料,對本零件銑加工采用以下方案:

        ①銑削速度不宜過高:由于鈦合金的強(qiáng)度高、粘性大,切削中更容易在切削區(qū)產(chǎn)生和積聚熱量,加之導(dǎo)熱性差,在大切除量的銑削時,如果銑削速度過高,有引起燃燒的危險,因此本零件使用120m/min。

        ②嘗試較大的切深:提高加工效率可以用加大切深的方法獲得,在銑削加工時,程序中每次切深達(dá)到6mm。

        ③每齒進(jìn)給量宜適中:鈦合金切削溫度高,同時存在加工硬化的問題。每齒進(jìn)給過大,則切削力過大而導(dǎo)致切削溫度過高而燒刀;而每齒進(jìn)給量過小,則因刀刃始終在加工硬化層中工作而磨損過快,因此采用每齒進(jìn)給量為0.08-0.1mm。

        ④采用順銑:對順銑而言,刀齒一開始切入就碰到硬皮而容易導(dǎo)致刀具破損;但由于逆銑切削是由薄到厚,在最初切入時刀具易與工件發(fā)生干摩擦,加重了刀具的粘屑和崩刃,就鈦合金而言,后一矛盾就更為突出,因此在本零件加工過程中,均采用順銑。

        圖3為粗銑花邊時的程序走刀路線圖,余量為30mm共5刀即完成粗加工;

        7 鉆孔刀具的選用

        本零件孔徑、孔深均要求不高,機(jī)床主軸跳動小,且表面粗糙度要求高,因此選用整體式合金鉆頭,針對鈦合金熱量不易排除,選用內(nèi)冷刀具,并選用切刃鋒利的鉆頭,使孔的加工非常容易。

        8 噴丸后變形的解決方案

        由于零件結(jié)構(gòu)與噴丸之間的特殊關(guān)系,噴丸后零件存在變形,對公差較大的尺寸影響不大,對公差嚴(yán)且直接受噴丸影響的尺寸影響嚴(yán)重,主要影響的尺寸有:

        ①Ф6.35+0.015孔位置度0.1mm:噴丸前孔位置度控制在0.1mm以內(nèi),噴丸后孔位置度即有嚴(yán)重超差的零件。

        ②Ф6.35+0.015孔徑,由于孔內(nèi)噴丸,孔公差又嚴(yán),因此在噴丸后零件超差較為嚴(yán)重。

        ③11±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm等尺寸均有微小變化,但若工序尺寸加工到了極限,這微小變化足以讓零件超差。

        針對以上問題,做了以下工作使問題得到解決:

        三坐標(biāo)測量機(jī)檢測噴丸前后孔的位置度,找到零件在噴丸后的變形趨勢,通過試驗將程序更改,給噴丸變形留出余量,得到了較好的效果,同時對工序中的孔位置度公差進(jìn)行縮嚴(yán),給噴丸后的孔位置度留有變形量;在工序加工中,將零件的孔位置控制在R211.98理論極徑處,給噴丸留0.02的余量,噴丸后,零件變形后,孔位置在R212理論極徑處,位置度恰好在合格范圍內(nèi);變化趨勢見圖4。

        通過對比數(shù)據(jù)找到零件的變形趨勢,噴丸時使用專用夾具對零件內(nèi)環(huán)進(jìn)行固定,在對外環(huán)噴丸時,不能使整個零件產(chǎn)生較大變形。通過以上控制,孔位置度得到了很好的控制。

        圖3

        圖4

        圖5

        通過噴丸前后孔徑的數(shù)據(jù)對比,將零件孔徑在噴丸前后的變化規(guī)律找到,通過工序的機(jī)械加工進(jìn)行控制。

        11±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm 等尺寸在工序中若加工到極限,在噴丸后,尺寸容易超差。將工序中的這三個尺寸均縮嚴(yán)至11±0.05mm,15.9+0.075mm,9.7±0.05mm,給噴丸留有足夠的余量,噴丸后,零件變化后,既能保證尺寸 11±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm在公差范圍內(nèi)。

        以上控制簡圖見圖5。

        以上控制方案即找到噴丸前后變化規(guī)律,使用機(jī)加辦法控制最終尺寸,且滿足圖紙的公差要求。采用該加工工藝路線和調(diào)整的參數(shù)后,零件終檢一次合格,最終得到客戶的質(zhì)量認(rèn)證。

        結(jié)論

        該零件的加工工藝以及中間控制過程,完全保證了零件的合格性,加工出的成品零件完全符合設(shè)計圖紙的要求,成型工藝以及成品零件通過了最終的驗收,取得了機(jī)械加工控制及特種工藝的突破。

        [1]張春江.鈦合金切削加工技術(shù).西北工業(yè)大學(xué)出版社.1984.

        [2]沈福金.世界制造技術(shù)與裝備市場.第84期.

        [3]SECO樣本與技術(shù)指南2006-鉆削與鉸削.

        [4]開民.機(jī)械工程材料.大連理工大學(xué)出版社.

        [5]張如福.金屬機(jī)械加工工藝.上??茖W(xué)技術(shù)出版社.

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