單元翔

（沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng)110866）

在某型機(jī)械產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)傳遞扭矩和撓性補(bǔ)償能力的關(guān)鍵部件之一即為該異型零件，它的加工精度及成品率直接影響著該機(jī)械產(chǎn)品的工作狀態(tài)、加工成本以及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此開(kāi)展該種異型零件加工方法的專(zhuān)題討論，十分必要。本文通過(guò)綜合分析該型零件的材料特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及加工難點(diǎn)，最終提出了合理的工藝設(shè)計(jì)方法和可行的工藝路線(xiàn)，得到了該型零件的加工方法，充分的解決了其加工的難點(diǎn)問(wèn)題。

1 材料特性、結(jié)構(gòu)形式及加工難點(diǎn)

1.1 材料特性

材料采用具有高強(qiáng)度、耐腐蝕性好、高溫性能優(yōu)異的鈦合金TC4。鈦合金TC4 屬于α+β 型鈦合金，是典型的難加工材料。1.1.1 塑性低，切削加工中塑性變形小，導(dǎo)致前刀面在切削時(shí)與零件的受力面積非常小，其結(jié)果是受力點(diǎn)壓力與溫度急劇增大，加工難度增大。1.1.2 熱傳導(dǎo)系數(shù)很低（7.955W/m·K），這對(duì)刀具冷卻非常不利，同時(shí)也會(huì)加劇刀具磨損。1.1.3 高溫下化學(xué)活性高，易形成表面硬化層。1.1.4 彈性模量小，僅為普通鋼的一半左右，加工表面回彈大，容易產(chǎn)生切削變形。

1.2 結(jié)構(gòu)形式

該型零件主要由法蘭、型面、鉸制孔等結(jié)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)形式見(jiàn)圖1。

圖1 異型件結(jié)構(gòu)形式圖

1.2.1 結(jié)構(gòu)分析。此異型零件為盤(pán)類(lèi)異型薄壁件，其中最大壁厚12mm,零件外形尺寸φ660，型面為曲線(xiàn)型面，表面光潔度要求達(dá)到Ra0.8，最小型面厚度1.5mm。

法蘭面內(nèi)外分布兩圈鉸制孔，外圈孔數(shù)量為32 個(gè)，內(nèi)圈為16 個(gè)，整體剛度偏低。

1.2.2 加工難點(diǎn)分析。a.鈦合金材料，容易產(chǎn)生切削變形，加工中刀具磨損嚴(yán)重；b.零件整體尺寸及形位精度要求很高，型面的光度及型線(xiàn)坐標(biāo)點(diǎn)的精確非常嚴(yán)格；c.零件整體屬于薄壁件，無(wú)法利用現(xiàn)有機(jī)床卡盤(pán)裝夾，并且?jiàn)A緊力過(guò)大會(huì)產(chǎn)生變形；只要進(jìn)行切削加工，工件的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，工件的應(yīng)力平衡就會(huì)受到破壞，內(nèi)部組織的平衡狀態(tài)極不穩(wěn)定，殘余應(yīng)力重新分布，使工件產(chǎn)生變形。引起變形的因素有夾緊力、切削力、切削熱、定位誤差和振動(dòng)變形等。因此，分析引起變形的因素及其影響程度，采取有效的防止變形的措施，是工藝中要解決的問(wèn)題。

2 工藝工裝設(shè)計(jì)

針對(duì)上述問(wèn)題，我們查閱了相關(guān)的資料，關(guān)于鈦合金的加工工藝及薄壁件控制變形的措施，總結(jié)了以下幾點(diǎn)：（1）減小機(jī)床熱變形對(duì)加工精度的影響；（2）改善潤(rùn)滑、冷卻條件；（3）設(shè)計(jì)合理夾具，減小夾緊力變形；（4）設(shè)計(jì)合理工藝路線(xiàn)及參數(shù)，保證零件加工過(guò)程中變形量可控。

夾具設(shè)計(jì)：

首先，我們?cè)O(shè)計(jì)了適合此異形件夾具，并進(jìn)行了加工驗(yàn)證。根據(jù)機(jī)床用卡盤(pán)中的花盤(pán)原理設(shè)計(jì)出了適合此異型零件的工裝夾具，目的是減少零件受到的夾緊力，使其在加工過(guò)程中受力均勻，支承面積增大，切削變形得到控制。機(jī)床卡盤(pán)夾緊夾具，零件與夾具0.02mm 間隙配合，此時(shí)，零件不受徑向夾緊力，無(wú)彎曲、扭曲變形，夾具要求平面度≯0.015，內(nèi)側(cè)采用壓板壓住工藝臺(tái)階，螺栓把緊（注意力矩不宜過(guò)大，壓緊力要均勻）。利用此夾具加工型面，型面加工過(guò)程中，注意調(diào)整工藝參數(shù)，保證機(jī)床轉(zhuǎn)速及刀具角度，型面加工完成后更換夾具。型面加工成型后，我們的零件已經(jīng)接近成品，此時(shí)型面最薄的位置厚度為1.5mm，在加工鉸制孔的過(guò)程中，我們同樣采用此夾具，加工前找正夾具端面跳動(dòng)≯0.015，鏜孔過(guò)程控制進(jìn)刀量，可以連同夾具一同鏜削加工。然后加工內(nèi)孔及外徑，我們此時(shí)利用加工中心已經(jīng)加工的孔位進(jìn)行零件的裝夾。最后只剩兩側(cè)端面需要加工，而鈦合金無(wú)法利用磁力吸盤(pán)完成，所以我們?cè)O(shè)計(jì)了新的夾具，同樣機(jī)床卡盤(pán)夾緊夾具，夾具端面定位，內(nèi)孔采用錐度配合，螺栓拉緊，保證零件處于自由狀態(tài)加工兩側(cè)端面。

3 工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)

針對(duì)鈦合金及薄壁件的特點(diǎn)，我們制定了詳盡的工藝路線(xiàn)，粗車(chē)→超聲波探傷→半精車(chē)→消除應(yīng)力→半精車(chē)→消除應(yīng)力→數(shù)控車(chē)（9 工步）→消除應(yīng)力→數(shù)控車(chē)（6 工步）→消除應(yīng)力→數(shù)控車(chē)→加工中心→車(chē)工→鉗工→探傷→檢驗(yàn)。

從工序中我們可看出來(lái)，工序細(xì)分為粗加工，半精加工及精加工等，尤其在切削量大的數(shù)控車(chē)工序，將此工序細(xì)化為多個(gè)工步，穩(wěn)定機(jī)床溫度，增加工序以減少切削余量帶來(lái)的變形。

工序之間加入消除應(yīng)力處理，控制熱處理溫度，消除應(yīng)力過(guò)程中同樣需要工裝，保證零件在釋放內(nèi)應(yīng)力的過(guò)程中狀態(tài)平穩(wěn)；

減小切削用量，充分澆注切削液，提高了潤(rùn)滑性，減少了切削產(chǎn)生的熱量，降低了溫度，從而減小了工件變形，保證了加工精度。

刀具方面采用鈦合金專(zhuān)用硬質(zhì)合金刀塊，加工參數(shù)選擇：刀具前角：r=10°-20°,刀具后角：a=8°-14°，偏角盡量減小，減小軸向分力，切削速度v=60-90m/min，走刀量：s=0.15-0.2，切削深度：t≤0.4，刀尖圓弧R=0.2-0.6。

加工中翻轉(zhuǎn)零件重新裝夾時(shí)，要注意檢查夾具端面與止口跳動(dòng)，如不符合加工需求，則必須先精加工夾具，保證夾具的精度。

4 生產(chǎn)加工及檢驗(yàn)驗(yàn)證

夾具及工藝全部準(zhǔn)備完整齊全后，我們邀請(qǐng)了研究所的專(zhuān)家及工藝工程師對(duì)零件進(jìn)行了工藝評(píng)審，會(huì)議上專(zhuān)家及工藝工程師對(duì)夾具的設(shè)計(jì)及工藝路線(xiàn)的編制給予了高度評(píng)價(jià)及肯定，一致認(rèn)為可以滿(mǎn)足此異型薄壁零件的加工需求。

首批產(chǎn)品試制我們投產(chǎn)了3 件毛坯，利用此工裝及加工工藝，歷時(shí)3 個(gè)月完成了首件的試制。經(jīng)檢測(cè)所有參數(shù)均符合圖樣要求，附型面檢測(cè)記錄。

該零件的設(shè)計(jì)單位應(yīng)邀參與了首件鑒定會(huì)，對(duì)零件的質(zhì)量十分滿(mǎn)意。并簽訂了后續(xù)的生產(chǎn)任務(wù)，附交付產(chǎn)品圖。

在機(jī)械行業(yè)我們與國(guó)外的工藝水平還存在很大的差距，但是我們相信通過(guò)自己的努力和不斷的探索，會(huì)逐步拉近彼此的距離，讓我們傳統(tǒng)的機(jī)械行業(yè)邁上新的臺(tái)階。

5 結(jié)論

通過(guò)此次工藝工裝設(shè)計(jì)和完整的工藝路線(xiàn)設(shè)計(jì)，解決了該種異型零件的加工難點(diǎn)問(wèn)題，合格品率達(dá)了98%以上，該項(xiàng)異型零件的加工，以及延伸的該系列產(chǎn)品，成功的填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)空白，搶占了進(jìn)口市場(chǎng)的份額，為機(jī)械行業(yè)該零件的國(guó)產(chǎn)化作出了突出貢獻(xiàn)。