鈦合金框架加工工藝的相關(guān)探索

田成良 張銀洪 曹壽林

青海聚能鈦業(yè)股份有限公司 青海西寧 810007

鈦合金作為一種應(yīng)用于航天行業(yè)中的主要材料，重量輕盈、強(qiáng)度高，鈦合金材料本身強(qiáng)度極高，具有耐高溫、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，可以完美地開展焊接工作，因此在航天行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，鈦合金材料在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)制造中獲得合理應(yīng)用，通過科學(xué)、合理地使用，能夠?yàn)楹教煨袠I(yè)的安全、穩(wěn)定、快速發(fā)展創(chuàng)造良好條件。隨著機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，各種零件日趨薄壁化、小型化與曲線化，在鈦合金框架加工過程中，應(yīng)準(zhǔn)確把握加工難點(diǎn)，設(shè)計(jì)完善的加工方案，全面優(yōu)化加工工藝，做好焊接加工作業(yè)[1]。

1 準(zhǔn)確把握加工難點(diǎn)

從整體結(jié)構(gòu)來看，鈦合金框架的形狀較為復(fù)雜，壁厚也不是特別均勻，在加工過程中容易出現(xiàn)變形問題。做好鈦合金框架加工作業(yè)，則必須準(zhǔn)確把握加工難點(diǎn)，創(chuàng)新加工工藝，合理設(shè)計(jì)夾具，確保焊接工裝質(zhì)量。某鈦合金框架的材料是TC4 鈦合金，框架長是374.3 毫米，寬為296 毫米，厚度是51.16 毫米，形狀構(gòu)造復(fù)雜。在該框架中，壁厚的最薄處是3 毫米，其外形是半徑為1443 毫米的大圓弧曲面。鈦合金框架材料自身也屬于難加工材料，因而，在整體加工過程中很容易出現(xiàn)變形問題，加工時(shí)間也很長，成本很高，也會(huì)影響產(chǎn)品的交貨周期。控制這一系列問題，首先要設(shè)計(jì)精確地三維圖，設(shè)計(jì)出某鈦合金框架三維圖的正面與反面。

該鈦合金框架的大圓弧曲面上分布著和曲面相垂直的螺紋孔，技術(shù)人員在加工過程中對工藝進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新，不僅提高了加工效率，而且降低了成本。

2 設(shè)計(jì)完善的加工方案

在設(shè)計(jì)鈦合金框架加工方案的過程中，應(yīng)仔細(xì)分析零件結(jié)構(gòu)，對原零件和加工過的零件進(jìn)行查看。在某鈦合金框架加工過程中，技術(shù)人員將零件拆分為零件1 和零件2，通過焊接使之成形。然后，通過設(shè)計(jì)焊接夾具來控制變形問題，采用這種方式節(jié)約了三分之二的材料，節(jié)省了100 小時(shí)的時(shí)間成本。其次，對于大圓弧與復(fù)雜的曲面上進(jìn)行鉆削以及為曲面鉆削垂直孔作業(yè)，技術(shù)人員采用了設(shè)置三軸加工中心的方法，以此達(dá)到在大圓弧曲面和孔軸線相交的位置進(jìn)行中心孔鉆削，同時(shí)避免中心孔軸線和大圓弧曲面法線發(fā)生沖突。接著，在大圓弧曲面法線和大圓弧內(nèi)部的支撐區(qū)域設(shè)置圓弧夾具，使鉆削孔和大圓弧法線保持一致的方向，鉆削孔完畢后，如果發(fā)現(xiàn)孔距偏大，就要進(jìn)行試裝。最后，技術(shù)人員將零件的最大孔距設(shè)計(jì)為290 毫米，公差是±0.15 毫米。需要注意的是，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，要將上下圓弧夾緊，設(shè)計(jì)10 件圓弧夾緊塊，制定圓形鉆套和巨型鉆套，依次設(shè)計(jì)左矩形鉆套壓、左矩形鉆套壓板螺釘、零件1 夾緊螺釘、鉆模板、右矩形鉆套壓板、9 塊左右圓弧夾緊塊、上下定位銷和半徑1433 毫米的圓弧墊鐵[2]。

3 全面優(yōu)化加工工藝

優(yōu)化鈦合金框架加工工藝，必須細(xì)化零件加工流程。在鈦合金框架加工過程中，零件1 的加工流程包括備料、熱處理、銑削、電切削、鉆削、攻螺紋、組裝焊接和銑削；零件2 的加工流程有三步——備料、熱處理、銑削。在加工鈦合金框架的過程中，應(yīng)恪守安全化、創(chuàng)新化、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和信息化原則。為了確保鈦合金框架的安全性，提高鈦合金框架的安全質(zhì)量，做好零件設(shè)計(jì)制造工作，必須遵守安全化原則，繪制精確地模型圖，準(zhǔn)確計(jì)算相關(guān)參數(shù)，確保零件加工的精確性。順應(yīng)科技發(fā)展目標(biāo)，打造獨(dú)特的中國鈦合金產(chǎn)品，推動(dòng)中國鈦合金制造業(yè)的發(fā)展，必須堅(jiān)持創(chuàng)新化原則，充分利用一切先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)中國鈦合金產(chǎn)品，優(yōu)化零件安全生產(chǎn)管理體系，不斷改善產(chǎn)品功能。實(shí)時(shí)性原則要求在零件產(chǎn)品制造管理過程中，必須充分借助信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全面實(shí)現(xiàn)各零件組裝的高效對接，以便于提升零件設(shè)計(jì)制造工作的實(shí)效性。其次，必須在零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中量化零件產(chǎn)品質(zhì)檢模塊、啟用模塊和維修模塊。準(zhǔn)確性原則要求在零件產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造和自動(dòng)化管理過程中，應(yīng)努力提升零件制造業(yè)生產(chǎn)效益，采用科學(xué)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)管理，針對不同組零件的特點(diǎn)，準(zhǔn)確定位管理監(jiān)測系統(tǒng)功能。信息化原則特指充分利用信息化技術(shù)提升自動(dòng)化加工水平，改善零件設(shè)計(jì)方案，優(yōu)化零件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能。對于零件設(shè)計(jì)信息管理系統(tǒng)而言，帶有整體加工信息與鈦合金框架加工流程，并方便于技術(shù)人員應(yīng)用，自身具備良好的交互性，各功能展開簡明的提示，將誤操作現(xiàn)象降低。

4 做好焊接加工作業(yè)

在焊接夾具時(shí)，技術(shù)人員將零件1 與零件2 相機(jī)裝入焊接夾具之中進(jìn)行定位，然后實(shí)施夾緊，接著將夾具放置在氬弧焊的操作平臺(tái)上，牢固焊接兩個(gè)零件的連接部位，并實(shí)施翻面。不可忽視的是，因?yàn)橐诤附拥装迳显O(shè)計(jì)和兩個(gè)零件連接部位所對應(yīng)的焊接窗口，所以必須焊透反面，也就是在反面再一次焊接，這樣方能使兩個(gè)零件能得以穩(wěn)固連接。

其次，在必要時(shí)刻，需要對焊接過程進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)與監(jiān)控。智能化是運(yùn)用人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和運(yùn)籌學(xué)來推動(dòng)夾具焊接智能化發(fā)展，在夾具設(shè)計(jì)與焊接工作中，智能化技術(shù)能夠模仿人類的思維，具備推理判斷能力，降低人工操作失誤率，加強(qiáng)夾具設(shè)計(jì)與焊接智能化建設(shè)。此外，智能化技術(shù)能夠優(yōu)化夾具接口，改善夾具功能[3]。

5 結(jié)語

綜上所述，鈦合金框架的形狀較為復(fù)雜，壁厚也不是特別均勻，在加工過程中容易出現(xiàn)變形問題。做好鈦合金框架加工作業(yè)，則必須準(zhǔn)確把握加工難點(diǎn)，創(chuàng)新加工工藝，合理設(shè)計(jì)夾具，確保焊接工裝質(zhì)量。其次，應(yīng)仔細(xì)分析零件結(jié)構(gòu)，對原零件和加工過的零件進(jìn)行查看。與此同時(shí)，須全面優(yōu)化鈦合金框架加工工藝，量化零件加工流程，恪守安全化、創(chuàng)新化、實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和信息化原則，做好零件設(shè)計(jì)制造工作，繪制精確地零件模型圖，準(zhǔn)確計(jì)算相關(guān)參數(shù)，確保零件加工的精確性。另外，要做好夾具焊接工作，確保兩個(gè)零件焊接的穩(wěn)固性。