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(guò)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(guò)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(wèn)題和鈦合金加工過(guò)程中易產(chǎn)生毛刺問(wèn)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(kāi)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(guò)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(guò)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(pán)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(kāi)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(guò)大容易引起薄壁圓柱的變形,影響加工精度,過(guò)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(kāi)槽后數(shù)控車削精加工及注意事項(xiàng)
薄壁濾筒經(jīng)過(guò)數(shù)控銑開(kāi)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(guò)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(guò)大造成內(nèi)孔斷續(xù)切削加工困難,余量過(guò)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(guò)大容易引起薄壁圓柱的變形,影響加工精度,過(guò)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(guò)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(guò)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(wèn)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(wèn)題,這種工藝安排方法省時(shí)高效。
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