鐘立堅
(中國航發(fā)中傳機(jī)械有限公司,湖南 長沙 410200)
某機(jī)型鈦合金法蘭盤屬于薄壁易變形零件,內(nèi)花鍵精度高,給插齒加工帶來了一系列問題:
(1)鈦合金切變系數(shù)小于或接近于1,切削時,刀具易磨損;鈦合金切削時溫度高,比45鋼高出一倍,散熱性差,刀具易燒損;單位面積上的切削力大,容易崩刃;切削時,鈦屑及被切表層易與刀具材料咬合,產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象,引起劇烈的黏結(jié)磨損,以上情況嚴(yán)重影響插齒加工精度。
(2)內(nèi)花鍵加工后需對花鍵進(jìn)行噴丸,進(jìn)一步影響花鍵跳動。
(1)解決零件材料切削困難,刀具易磨損以及粘刀問題。
(2)解決零件因壁薄,加工過程中產(chǎn)生變形的問題。
(3)保證插齒工序加工的零件,內(nèi)花鍵跳動在0.025以內(nèi),噴丸后,花鍵跳動在0.03以內(nèi)。
(1)選用切削性能及散熱性能良好的合金鋼作為插齒刀具材料,并增加涂層要求保證切削及耐磨性,嚴(yán)格要求其齒形、齒向、累積、跳動誤差。
(2)分析零件受力,根據(jù)零件受力情況,改善夾具,增加加工剛性。
(3)摸索插齒參數(shù),調(diào)整零件進(jìn)給速度、徑向進(jìn)給。
鈦合金材料韌性大,導(dǎo)致切削時切削力大,且加工時散熱情況不好,大部分熱量留在刀具上,對刀具磨損大。所以,本方案必備條件是一把適合鈦合金零件插齒的刀具,刀具設(shè)計為帶涂層的硬質(zhì)合金刀具,齒形誤差不大于0.004,跳動誤差不大于0.008,周節(jié)累積誤差不大于0.015。
根據(jù)技術(shù)方案的分析,夾具的設(shè)計需存在相反方向的力F1'、F2'來限制零件的加工變形(圖1)。
在A處增加內(nèi)端面的輔助支撐,在B處增加定位支撐(見圖2),通過夾具間接加厚零件,增大零件剛性,通過施加一個反向的力F2’,減小F2對薄壁零件產(chǎn)生的變形影響,從而達(dá)到提高內(nèi)花鍵精度的目的。通過工藝試驗,發(fā)現(xiàn)夾具壓板與零件外圓配合間隙需保持在0.015~0.025較為合適,且夾具材料需采用硬鋁,一方面減輕壓板重量,另一方面可以保護(hù)零件外觀,防止壓傷零件表面。
圖1 夾具改進(jìn)原理分析
圖2 夾具壓板
(1)插齒余量分配優(yōu)化。普通零件加工,切削余量大約在2mm左右,插齒加工分為三個階段,余量分配見表1所示:
該法蘭盤插齒余量為1.4m,由于該零件結(jié)構(gòu)、材料的特殊性,余量分配不能按照普通鋼制件零件進(jìn)行,第三刀精刀無論余量剩多少,齒圈跳動都難以保證要求。因此,零件加工時需增加第四刀,在第四刀加工時,通過第四刀的切削加工修復(fù)齒圈跳動,通過工藝試驗可以確定第4刀余量為0.02mm時,改善效果最明顯。
(2)切削速度優(yōu)化。常規(guī)插齒速度設(shè)置是越來越快,切削速度從50m/min增加到110m/min,通過加快切削速度,來改善切削效果,減小刀具與零件的擠壓時間來提升齒圈跳動。但該方法存在缺陷,加快速度導(dǎo)致機(jī)床穩(wěn)定性變差,刀具與零件在精加工時產(chǎn)生的磨削熱增加,零件所受沖力增大,變形情況超出加工控制要求。因此,在各個階段采用勻速加工比較適宜,切削速度通暢可選用70m/min。
(3)圓周進(jìn)給量優(yōu)化。粗加工時,為保證切削效率,進(jìn)給量較大,精加工時為保證齒圈跳動,進(jìn)給量不宜過快。因此,加工時采用以下兩種方案進(jìn)行對比試驗,一個為圓周進(jìn)給量不變,一個為圓周進(jìn)給量逐漸減小。
表1 普通插齒余量分配
根據(jù)對比試驗結(jié)果可以看出,方案1加工情況優(yōu)于方案2,驗證了零件精加工時,進(jìn)給量不能過大,均勻地降低進(jìn)給量有助于修復(fù)零件的橢圓,保證齒圈跳動的原理。
表2 圓周進(jìn)給量試驗方案
運(yùn)用前述技術(shù)方案和方法,通過連續(xù)批次加工,內(nèi)花鍵尺寸、技術(shù)要求都達(dá)到了設(shè)計要求,達(dá)到了預(yù)期目的。本文通過探索、研究,確立了薄壁鈦合金內(nèi)花鍵插齒的工藝方法、控制手段,具有極佳的應(yīng)用推廣價值。該項研究屬于國內(nèi)首創(chuàng),填補(bǔ)了高精度鈦合金內(nèi)花鍵插齒技術(shù)的空白,處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。