鐘立堅(jiān)

（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(shí)，刀具易磨損；鈦合金切削時(shí)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(shí)，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(duì)花鍵進(jìn)行噴丸，進(jìn)一步影響花鍵跳動(dòng)。

1 研究內(nèi)容

（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(dòng)在0.025以內(nèi)，噴丸后，花鍵跳動(dòng)在0.03以內(nèi)。

2 技術(shù)方案

（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(dòng)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。

3 實(shí)施過程

3.1 刀具優(yōu)化

鈦合金材料韌性大，導(dǎo)致切削時(shí)切削力大，且加工時(shí)散熱情況不好，大部分熱量留在刀具上，對(duì)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(jì)為帶涂層的硬質(zhì)合金刀具，齒形誤差不大于0.004，跳動(dòng)誤差不大于0.008，周節(jié)累積誤差不大于0.015。

3.2 夾具優(yōu)化

根據(jù)技術(shù)方案的分析，夾具的設(shè)計(jì)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(gè)反向的力F2’，減小F2對(duì)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(yàn)，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

3.3 切削參數(shù)優(yōu)化

（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(gè)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(dòng)都難以保證要求。因此，零件加工時(shí)需增加第四刀，在第四刀加工時(shí)，通過第四刀的切削加工修復(fù)齒圈跳動(dòng)，通過工藝試驗(yàn)可以確定第4刀余量為0.02mm時(shí)，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(shí)間來提升齒圈跳動(dòng)。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(shí)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(gè)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(shí)，為保證切削效率，進(jìn)給量較大，精加工時(shí)為保證齒圈跳動(dòng)，進(jìn)給量不宜過快。因此，加工時(shí)采用以下兩種方案進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，一個(gè)為圓周進(jìn)給量不變，一個(gè)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(duì)比試驗(yàn)結(jié)果可以看出，方案1加工情況優(yōu)于方案2，驗(yàn)證了零件精加工時(shí)，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(dòng)的原理。

表2 圓周進(jìn)給量試驗(yàn)方案

4 結(jié)語

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(jì)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(jià)值。該項(xiàng)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。