某型號(hào)薄壁機(jī)匣加工技術(shù)研究

劉金慧

摘 要：文章研究的對(duì)象是某科研機(jī)型組件中的一個(gè)關(guān)鍵薄壁機(jī)匣零件，該零件屬于典型的大尺寸、空心、薄壁件結(jié)構(gòu)，所以工件剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極易變形。在實(shí)際生產(chǎn)加工中通過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，最終使得零件的加工難點(diǎn)得到解決。

關(guān)鍵詞：薄壁機(jī)匣；剛性差；變形

前言

文章研究的機(jī)匣即是某科研機(jī)型組件中的一個(gè)鈦合金材料薄壁類(lèi)零件。該零件的質(zhì)量對(duì)整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性起到很關(guān)鍵作用。由于該機(jī)匣的重要工作表面為內(nèi)部流道型面部位，因此對(duì)于機(jī)匣型腔內(nèi)部流道部位的表面粗糙度要求較高，以保證工作時(shí)的精度要求。

零件的材料為T(mén)AV6鈦合金材料，鈦合金材料的特點(diǎn)為導(dǎo)熱系數(shù)極小，切削熱又集中在切削刃附近，所以切削溫度很高，使得加工表面容易產(chǎn)生變形，在者鈦合金材料的化學(xué)性能活潑，在高溫下易與大氣中的氧、氮等元素化合從而生成硬而脆的物質(zhì)，加劇刀具磨損，還有鈦合金材料彈性模量小，已加工表面的回彈量大，加劇了對(duì)刀片后刀面的摩擦，所以這種材料的切削加工性能很差，給機(jī)械加工提出了很高的要求，但是由于這種材料的密度小、重量輕、強(qiáng)度高等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，而國(guó)外對(duì)這種材料的研究比較早，研究的也比較深入，我國(guó)對(duì)這種材料的研究還比較少，可供借鑒的資料也很少，對(duì)于完全掌握這種材料的切削技術(shù)還有些難度。

1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工難點(diǎn)分析

零件最大外廓幾何尺寸為直徑φ500mm，高度147mm，最薄處壁厚僅為2.3mm，屬于典型的回轉(zhuǎn)體薄壁件。圖1為機(jī)匣流道示意圖。由于工件剛性差、強(qiáng)度弱，加之零件材料為鈦合金，因此流道部位粗糙度難以保證，是加工中的一個(gè)難點(diǎn)，針對(duì)此問(wèn)題在加工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了大量的攻關(guān)試驗(yàn)，最終該問(wèn)題得到解決。

圖1 機(jī)匣流道示意圖

2 解決流道粗糙度問(wèn)題優(yōu)化措施

2.1 工裝夾具的改進(jìn)

為保證流道粗糙度滿足圖紙要求，加工過(guò)程中必須保證整個(gè)工藝系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此進(jìn)行合理的裝夾及定位是非常關(guān)鍵的，另外切削時(shí)夾緊力不能過(guò)大，一定要掌握好零件的夾緊力度。改善前工裝只是定位和壓緊了零件的左側(cè)，需加工的型面處與夾緊部位距離較大，形成了懸臂結(jié)構(gòu)，加工時(shí)工件很容易產(chǎn)生振動(dòng)，加工后出現(xiàn)了明顯的振紋現(xiàn)象，流道表面的粗糙度不合格。圖2為改善后工裝圖，新工裝增加了輔助支撐裝置，避免懸臂結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，加強(qiáng)了工件在加工過(guò)程中的剛性，減小工件振動(dòng)，另外，改進(jìn)后的夾具將原來(lái)的右旋壓緊螺栓改為左旋，使零件受力方向與螺栓旋緊方向一致，并在零件外徑表面處纏繞工業(yè)橡膠帶起到減震作用，這些都對(duì)減少振動(dòng)起到一定作用。

2.2 刀具結(jié)構(gòu)的選擇

在加工過(guò)程中刀具是切削加工的直接作用工具，它的完善、合理程度對(duì)切削加工起著決定性的作用，根據(jù)零件材料的特性和硬度，來(lái)合理的選取相應(yīng)的刀具加工是相當(dāng)重要的。

加工中試驗(yàn)了兩種刀具方案，如圖3所示。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增大刀柄直徑即加強(qiáng)刀柄強(qiáng)度，能大大改善加工表面的質(zhì)量。其次，刀片的結(jié)構(gòu)也很重要，方案1的刀片懸伸長(zhǎng)，連接部位加工時(shí)易產(chǎn)生振動(dòng)，因此會(huì)影響加工表面的質(zhì)量，而方案2選用的圓刀片使得槽刀片懸伸部分由刀體代替，刀片直接由螺釘固定在刀體上，減小了刀具振動(dòng)，有利于提高加工表面的粗糙度。該方案總體思路采用的是非標(biāo)專(zhuān)用刀桿結(jié)構(gòu)加通用刀片形式，這樣既可以通過(guò)特殊設(shè)計(jì)保證刀具強(qiáng)度，克服加工振動(dòng)，又可以利用通用刀片的高精度、高性能和低磨損，減少加工變形、回彈，保證尺寸精度。通過(guò)優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)和形式，保證加工型面質(zhì)量。

2.3 加工參數(shù)的優(yōu)化

切削溫度高是切削鈦合金的顯著特點(diǎn)，必須優(yōu)化切削用量以降低切削溫度，其中重要的是確定最佳的切削速度。鈦合金切削速度宜低，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量適中，過(guò)大易燒刀，過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。加工時(shí)須加冷卻液充分冷卻。

為了使得流道部位粗糙度能夠滿足技術(shù)要求，實(shí)際加工過(guò)程中，在切削加工參數(shù)上進(jìn)行了大量試驗(yàn)，最終確定粗、精車(chē)加工參數(shù)。粗加工切削參數(shù)轉(zhuǎn)速n=35r/min，進(jìn)給f=0.15mm/r，切深ap=0.5mm，精加工轉(zhuǎn)速n=35r/min，進(jìn)給f=0.05mm/r，切深ap=0.05mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)該機(jī)匣的研制，使我們對(duì)薄壁件的變形及鈦合金的機(jī)加性能有了更深的了解；對(duì)薄壁零件的特點(diǎn)、加工中的關(guān)鍵問(wèn)題、變形的影響因素以及如何制定行之有效的控制措施，有了新的認(rèn)識(shí)。