鈦合金薄壁高筒零件的切削加工工藝

黃承志 鄒朝江

貴州航宇科技發(fā)展股份有限公司 貴州 貴陽 550081

1 工藝背景

由于鈦合金TA1具有無磁性、抗腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn),用鈦合金制作的薄壁零件具有剛性好、總質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于陰極輥。隨著行業(yè)的發(fā)展,陰極輥的尺寸也越來越大,從φ1 400 mm到φ2 000 mm、φ2 700 mm、φ3 500 mm,甚至到更大直徑。TA1薄壁高筒零件在加工過程中,因零件直徑較大、尺寸精度和粗糙度要求較高,常存在零件裝夾困難和彈性變形的情況,造成加工精度低、零件質(zhì)量差、生產(chǎn)效率較低的現(xiàn)象。通過對(duì)典型的TA1薄壁高筒零件加工工藝的研究,總結(jié)出了一套有效控制薄壁高筒零件的加工變形,提高生產(chǎn)效率的方法。

2 鈦合金性能

工業(yè)純鈦屬于多晶型金屬,在低于882 ℃為α晶型,原子結(jié)構(gòu)呈密排六方晶格,從882 ℃至熔點(diǎn)都是β晶型,呈體心立方晶格。工業(yè)純鈦在晶相組織上呈現(xiàn)α相,如果退火完全的話,是大小基本相等等軸狀單項(xiàng)晶格。由于存在著雜質(zhì),所以工業(yè)純鈦中也存在著少量的β相,基本上是沿著晶界分布。TA1合金的物理、力學(xué)性能見表 1。

表1 TA1合金物理及力學(xué)性能

3 鈦合金薄壁高筒零件加工分析

▲圖1 薄壁高筒零件三維模型▲圖2 薄壁高筒零件加工尺寸

4 加工工藝過程設(shè)計(jì)

4.1 加工工藝方案

通過對(duì)零件結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)的分析,制訂出以下加工工藝方案:

(1) 先設(shè)計(jì)合理工藝夾具,采用軸向夾緊;

(2) 壓緊工藝夾具將毛坯全表面機(jī)加工見金屬光澤,去除鍛件橢圓及表面連皮等缺陷;

(3) 對(duì)零件進(jìn)行粗加工和半精車,采用對(duì)稱加工,內(nèi)外徑吃刀量均等,使相對(duì)的兩個(gè)面應(yīng)力均衡抵消,留單邊1 mm的加工余量;

(4) 為保證零件內(nèi)外徑同軸度等形位公差,采用一次性裝夾,精車內(nèi)外徑及兩個(gè)錐面(7.1±0.5) mm×(40±0.5) mm;

(5) 用銅墊片或軟爪裝夾零件外徑,并精車端面、外錐面20°×(80±0.5) mm和C2的倒角,完成零件的加工。

4.2 刀具及幾何角度的選擇

根據(jù)鈦合金熱導(dǎo)率差、比熱容高、易產(chǎn)生積屑瘤、彈性模量低以及回彈性大的加工特點(diǎn),粗車時(shí)選用抗沖擊性較強(qiáng)的硬質(zhì)合金刀具YG8,精車時(shí)選用涂層硬質(zhì)合金刀具WNMG080408MS。為了改善散熱條件和增強(qiáng)切削刃,刀具前角一般取5°～9°。為了克服因回彈而造成的摩擦,刀具的后角一般取10°～15°。

4.3 零件的裝夾

零件加工時(shí)因直徑較大,不能用徑向夾緊,宜采用軸向夾緊的工藝夾具,如圖3所示,以減小因零件裝夾產(chǎn)生的變形。

▲圖3 工藝夾具

4.4 切削參數(shù)

根據(jù)零件材料、尺寸精度、表面粗糙度的要求,結(jié)合刀具手冊(cè)上推薦的切削數(shù)值,確定了刀具的切削參數(shù),見表2。

表2 刀具切削參數(shù)

4.5 生產(chǎn)結(jié)果驗(yàn)證

經(jīng)大量生產(chǎn)實(shí)踐,對(duì)TA1薄壁高筒零件的加工工藝的研究,合理選用工藝路線、刀具和切削參數(shù)。在保證了產(chǎn)品尺寸精度的同時(shí),還提高了零件生產(chǎn)效率,有效地降低了TA1薄壁高筒零件的機(jī)加工成本。部分加工完成的薄壁高筒零件關(guān)鍵尺寸及形位公差檢測(cè)見表3。

表3 零件尺寸檢測(cè)

薄壁高筒零件照片如圖4所示。

▲圖4 薄壁高筒零件照片

5 結(jié)束語

通過對(duì)薄壁高筒零件機(jī)加工工藝優(yōu)化創(chuàng)新,把刀具材料、零件的裝夾方式以及切削用量等要素相結(jié)合起來合理選用,總結(jié)出了一套加工TA1薄壁高筒零件的切削參數(shù)。此工藝方法有效地解決了TA1薄壁高筒零件加工中產(chǎn)生的積屑瘤和振刀紋、表面粗糙度差及尺寸精度不易保證等一系列技術(shù)難題。