石含關(guān)

(中國工程物理研究院 機械制造工藝研究所，四川 綿陽 621900)

0 引 言

鈦合金具有比強度高、耐腐蝕、耐高溫以及良好的生物兼容性等諸多優(yōu)良的材料特性，在航空、航天、醫(yī)療等國防和民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[1]。但鈦合金同時也具有導(dǎo)熱系數(shù)小、彈性模量低、化學(xué)活性高等特點，是典型的難加工材料[2-3]。薄片狀零件是典型的弱剛性零件，其加工過程極易變形，且受材料特性影響顯著。針對弱剛性鈦合金薄片零件開展研究，分析其結(jié)構(gòu)特點和加工難點，探索最優(yōu)工藝方案，從而實現(xiàn)滿足設(shè)計要求的高質(zhì)量加工。

1 零件分析

圖1 零件設(shè)計示意圖

2 前期工藝探索

2.1 傳統(tǒng)車削方式

圖2 傳統(tǒng)車削方法加工效果圖

圖3 經(jīng)修銼毛刺后效果圖

2.2 沖模沖孔一次成形

3 優(yōu)化工藝方案

通過前期工藝方法探索發(fā)現(xiàn)，僅采用傳統(tǒng)車削或者沖模+鉆削的方式，都難以滿足要求。針對上述工藝探索中發(fā)現(xiàn)的問題，采取相應(yīng)措施進行改善，結(jié)合不同加工方式的優(yōu)點，通過選擇合適刀具、設(shè)計胎具和裝夾方式等，得出一條優(yōu)化工藝路線，即沖模成形外圓+鉆、鉸中心孔的復(fù)合加工方案。首先采用沖模成形外圓，調(diào)整間隙保證外圓一致性及圓柱度、輪廓度要求，然后采用車床進行引中心孔、擴孔以及精加工鉸孔。

3.1 刀具的選擇

鉆頭需具有良好的切削性能，由于孔徑較小，微孔孔壁和圓度要求高，鉆頭需保持鋒利，還應(yīng)具有足夠的剛性。因此選用硬質(zhì)合金鉆頭，要求鉆頭兩切削刃之間的夾角≤120°，后角在5°～8°之間。

3.2 胎具和裝夾要求

由前期探索可知，微孔孔口毛刺后處理極為困難，且合格率、效率低，為減小出口毛刺，設(shè)計了專用胎具，避免去毛刺后處理工序。胎具設(shè)計圖及其工作原理示意圖如圖4所示。胎具定位面在裝夾前完成最后精加工，盡量減少胎具所帶來的誤差。裝夾工件時，確保工件基準面與胎具定位面重合、無間隙，目的是消除形成毛刺的空間，從而抑制其形成。加工下一件工件前，應(yīng)將加工上一件時在胎具上留下的小孔去除，重新精加工定位面，然后再進行新工件裝夾。

圖4 胎具設(shè)計及其工作原理示意圖

3.3 工藝流程及相關(guān)注意事項

3.4 微孔光檢分析

4 總結(jié)與展望

通過分析弱剛性鈦合金薄片零件的加工難點，探索了傳統(tǒng)車削、沖模+鉆孔兩種不同加工工藝方案，針對發(fā)現(xiàn)的問題提出了沖模+車削的優(yōu)化工藝方案。通過胎具設(shè)計簡化了零件裝夾過程、抑制了出口毛刺形成，從而避免了難度大、效率低、成品率低的毛刺后處理工序，使得產(chǎn)品加工效率、穩(wěn)定性得到顯著提升，產(chǎn)品合格率達到90%。