鈦合金高精度大批量墊片車削工藝

西安北方光電科技防務(wù)有限公司 （陜西 710043） 王文仲 呂興平 王 斌

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品可靠性要求的不斷提高，產(chǎn)品裝配調(diào)試需求鈦合金墊片也越來越多。這類環(huán)形片狀墊片的結(jié)構(gòu)雖然簡單，其厚度在0.4～0.7mm，其表面質(zhì)量和幾何形狀精度要求較高，由于其自身剛性差以及鈦合金材料的難加工性，使得墊片的加工精度很難保證。本文通過對(duì)鈦合金墊片的車削過程控制，并在實(shí)踐中證明該車削工藝有效地解決了鈦合金高精度大批量墊片質(zhì)量控制問題。

1.車削墊片的工藝分析

如圖1所示的結(jié)構(gòu)為墊片，材料為鈦合金，用通常的卡盤夾緊車削的加工方法無法保證零件的精度要求。此零件為環(huán)形薄片零件，加工難度有三點(diǎn)：一是如何解決鈦合金材料的刀具問題；二是如何保證零件的加工尺寸精度及形位公差；三是如何保證大批量生產(chǎn)。

圖1

2.目前車削鈦合金墊片存在問題

（1）鈦合金屬于難加工材料，使用普通刀具車削鈦合金材料，刀具磨損快，表面粗糙度值大，精度無法保證。

（2）在切削力的擠壓作用下導(dǎo)致零件變形，特別是背向力的作用使墊片受到擠壓作用使其變形，直接影響墊片的尺寸精度及形位公差。

（3）墊片剛性差，壁超薄，強(qiáng)度低，在切削過程中容易產(chǎn)生振動(dòng)使其變形。由于每次車削時(shí)，其內(nèi)部應(yīng)力的釋放使其彎曲、扭曲變形。

（4）裝夾方式及夾緊力變形。由于墊片壁超薄，如果采用徑向夾緊，受徑向力的作用使零件產(chǎn)生彈性變形。

（5）切削熱變形。由于墊片材料為鈦合金，其強(qiáng)度高不易車削，切削熱集中于刀尖部位，刀具高溫硬度、強(qiáng)度受到影響，刀尖磨損加劇，熱量集中使墊片變形，特別是在車削端面時(shí)，超薄墊片零件因單面受熱，在左右端面間形成溫差而變形，造成的幾何形狀誤差非常明顯，從而影響零件的加工精度。

（6）切削用量引起的變形。合理選擇切削用量能夠有效地減小切削力，從而減小零件變形。

（7）鈦合金原材料均采用鈦棒加工，目前墊片的制造方法是采用高精度數(shù)控線切割設(shè)備，使用“慢走絲”加工，這種加工方法的缺點(diǎn)是制造周期長，生產(chǎn)效率低，制造成本高，滿足不了批量生產(chǎn)需求。

3.解決措施

（1）針對(duì)鈦合金難加工材料，進(jìn)行了大量的試驗(yàn)及總結(jié)：①刀具材料的選擇。應(yīng)盡可能采用硬質(zhì)合金刀具，并應(yīng)選用與鈦合金親和力較小的YG類硬質(zhì)合金。如為斷續(xù)切削或有沖擊時(shí)，也可采用高速鋼刀具（如W2Mo9Cr4VCo8等），或采用超細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金（如YG10H、YG8W等）。②合理選擇刀具幾何參數(shù)。刀具的磨損、刀鈍會(huì)使零件主切削抗力增大，造成墊片變形，刀具切削刃太鋒利雖然有利于切削，但刀具強(qiáng)度較低，刀具易于磨損，反而使切削力增大，同樣使零件變形，通過反復(fù)加工實(shí)踐，在精加工時(shí)，前角取γo=15°～20°，后角取αo=8°～12°。③切削用量的選擇。選用較低的切削速度及較大的進(jìn)給量和切削深度。用硬質(zhì)合金車刀車削時(shí)，可取f=0.1～0.3mm/r；粗加工時(shí)切削深度一定要大于氧化皮的深度。

（2）選擇合理的裝夾方式，采用軸向壓緊，減小工件的幾何形狀誤差，夾緊力不宜過大，以免工件變形。

（3）細(xì)化加工工序，減小墊片變形。墊片加工過程分段進(jìn)行，粗、精加工分開進(jìn)行，避免工序集中，消除精加工時(shí)切削力較大引起的變形，粗車后零件通過熱處理時(shí)效消除殘余應(yīng)力，減小零件的應(yīng)力變形。

（4）合理選擇切削參數(shù)。在有效保證零件加工精度的情況下，提高加工效率。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及加工實(shí)踐，精加工時(shí)切削速度v=50m/min，進(jìn)給量f=0.06～0.1mm/r，零件越薄進(jìn)給量要越小，背吃刀量ap=0.05～0.1mm。

（5）選擇切削液，采用濕加工降低切削區(qū)溫度，提高表面質(zhì)量，延長刀具壽命。一般應(yīng)選用極壓乳化液來冷卻，流量應(yīng)充足。充分使用切削液進(jìn)行冷卻，防止零件熱變形。

（6）設(shè)計(jì)合理的夾具，控制墊片的變形和滿足批量生產(chǎn)需求。根據(jù)墊片的結(jié)構(gòu)和需要，盡力滿足墊片的加工精度，設(shè)計(jì)了簡易夾具，如圖2、圖3所示。通過夾具裝夾零件，有效地防止了工件在裝夾中的變形，保證了零件的加工要求。

圖2

4.工藝方案

墊片加工工藝流程：下料→粗加工→熱處理（時(shí)效）→精加工。

圖3

（1）粗車削加工如圖4所示。鉗工鉆孔3個(gè)φ4mm孔（多件加工）。

（2）使用軟爪夾持外圓φ52mm車削，保證形位公差要求，平面度0.01mm，垂直度0.015mm，內(nèi)孔φ20H9，倒銳角毛刺（見圖5）。

（3）將墊片裝夾到端面車削夾具內(nèi)（見圖2），以外圓φ52mm定位，用壓緊螺母壓緊，車削端面時(shí)由壓緊力位置向內(nèi)車削，背吃刀量不大于0.1m m，保證尺寸公差要求，車削的最大外圓尺寸要大于φ50mm。

（4）以墊片孔定位，將零件裝夾到外圓車削夾具內(nèi)（見圖3），在端面用壓板壓緊，車削外圓達(dá)到圖樣要求（多件一起加工）。

圖4

圖5

5.結(jié)語

通過運(yùn)用以上車削過程控制，有效防止了墊片在車削過程中的變形量，使零件尺寸精度及形位公差要求得到保證，加工質(zhì)量穩(wěn)定，并且提高了生產(chǎn)效率，降低了制造成本。鈦合金高精度大批量墊片車削工藝實(shí)用性強(qiáng)，具有較好的推廣作用。