TI薄壁件加工研究

钛合金薄壁件车削加工的研究钛合金薄壁件车削加工的研究摘要：硬车削技术混流式水轮机叶片五轴联动加工技术用硬质合金车刀进行冷挤压光整加工应力锁紧式刀具夹紧技术Amada和AmadaCutting公司开发成功无颤振带锯机轮毂轴承是怎样做日常维护的纳米气体传感器研究机械制造企业要增强应变能力新的机床和模具加工方法使传统加工黯然失色新型旁通液压控制泄压阀改进后推出市场台湾工具机跻身「高阶」之林数控机床编程中M指令低温ELID磨削钛合金磨削力的实验研究轴承的选定及使用时的注意事项基于精密测量的复杂零件的快速反求牧野Edge2EDM--赢取更大的竞争力现代机械加工对刀具的要求5025A球磨机操作规程1250mm的YH6012数控弧齿锥齿轮铣齿机研制成功轴承进入今年中国名牌产品评价目录[标签:tag]摘要：传统的钛合金车削加工因其切削速度低，刀具耐用度低，加工质量难于控制，导致加工效率低。经多次钛合金车削加工试验、优选了刀具材料，确定了刀具几何参数，依据刀具磨损情况，提供了较为合理的切削数据。解决了钛合金薄壁件加工变形问题。某航空发动机易损件图.牌号ISOHRAbbYG3XK0191.5110YG6AK1092140YG6XK1091140YG8K3089150YG8WK2592200YG813K2091160YG643K0593150YG10HTK3092220YL10.2K35HV1600220YS2TK3091.5180YD15K0191.5170Y310K0592125Y320K2091.5180Y330K3090.3200YM051K1092.51621刀具材料及几何参数的选择钛合金导热性能很差，为45号钢的1/6～1/7。选择刀具材料时，要考虑刀具材料的导热性能，YG类优于YT类。切削钛合金产生单元切屑，变形系数近似为1，刀屑接触长度很短，切削力集中于刃口附近，单位切削力大，易崩刃。要求刀具材料韧性要好，bb150kg/mm2，钛合金化学性能活波，易与空气中的氧和氮产生硬脆化合物，加快刀具磨损；钛与刀具中的元素易亲合，加工钛合金使用的刀具材料要少钛或无钛元素。优选YG类硬质合金，不是用YT类硬质合金。切削钛合金使用的刀具材料件见表1。钛合金弹性模量小，为45钢的1/2，加工变形大。刀具后角要大些，取0=15°～18°，减少加工表面与后刀面间的摩擦。前角也要选大些0=10°，刀具锋利，减小加工变形，降低加工硬化，提高已加工表面质量。主偏角r=90°降低径向力，防止振动。刀尖圆弧半径决定刀尖强度、散热及磨损，不易过大，r=1～2mm合适。切削钛合金，刀具必须锋利，钝刀不能进行切削。刀具钝圆半径必须小，也就是选用细晶粒材料，才能使钝圆半径降低。同时，使刀具材料硬度提高，而韧性不下降。提高刀具刃磨质量，用金刚石、立方氮化硼砂轮磨刀。前后刀面粗糙度Ra≤0.1μm，降低切屑与前刀面。工件与后刀面间的摩擦。刃口要平直，无锯齿，减轻崩刃磨损。2切削用量粗车钛合金目的是去除大的余量，应保证较大的刀具耐用度。VB=0.4mm，切削速度不高，一般V≤35m/min，刀具耐用度T=60min，切削刃度ap≤4mm，走刀量f≤0.24mm/r，且加大流量溶液冷却。精车钛合金目的是保证尺寸精度和表面质量，一般ap≤1mm，磨钝标准VB=0.2mm，尽量采用高的切削速度和必要的刀具耐用度，切削速度35m/min≤V≤140m/min，刀具耐用度T=30min。用机油冷却润滑，降低刀屑间的摩擦系数，提高已加工表面质量。车削用量如表2所示。NO1234567891011121314151617181920V(m/min)13.21421.123.33031.73537.74045.245.850.269.970.776.489.4111.8127.2130.2141.3f(mm/r)0.240.240.240.240.20.20.20.160.120.160.10.20.130.130.10.10.10.10.10.1ap(mm)33332.52.52.52.51.51110.50.50.50.50.30.30.30.33刀具磨损原因及刀具耐用度加工钛合金，刀具磨损发生在后刀面和刀尖处。钛合金弹性模量小，切削时回弹大，后刀面与加工表面接触面积大，加速了摩擦。显微镜下可看到犁沟。刀尖处散热条件差，温度较高，磨损严重。尤其是精车时，后刀面磨损量没有达到磨钝标准时，因刀尖磨损过快，使刀具丧失切削性能。前刀面看不到明显磨损痕迹，原因是刀屑接触长度短，磨损的主要形式是崩刃和微崩刃。显微镜下可看到锯齿形刀刃。加工钛合金粘刀现象十分严重。无论是高速切削还是低速切削都有粘刀问题。干切削更为明显。粘结磨损是加工钛合金的主要磨损原因。当切削速度较高时，切削温度达600℃以上时，扩散磨损占的比例较大。空气中的氧氮与钛合金反应生成硬脆化合物加剧了刀具的磨料磨损。因此加工钛合金刀具磨钝标准定得较低，刀具耐用度较低，而切削速度还是比较低的。具体数值见表3。VB(mm)V(m/min)T(m/min)0.250～140300.335～50600.520～35900.620120YG类0=10°，0=18°，干切削，湿切削时，T加倍4零件加工工艺及表面质量使用的车床功率要大，主轴回转精度要高，进给机构无爬行。刀杆刚度足够。零件装夹要牢固。例如：车Ø74外圆时，中部用中心架支撑，提高了装夹刚度，降低了长径比。加工顺序为：先加工Ø65里孔，后加工Ø74外圆及空刀处。里孔可用单刃镗刀切削，让刀量大。改用浮动镗刀效果较好，里孔达到尺寸精度后，用卡盘与顶尖装夹车外圆，孔中放置减震材料。刀具必须锋利。一旦振动，立即换刀车去振源。用塑料胀胎夹具加工外圆效果较好。镗孔速度不易过高，V=20m/min较好。控制回弹量。最小切削深度0.05mm。当ap太小时不能形成连续切屑，容易产生振动。夹持刚度较好时，车外圆ap=0.01可行成连续切屑。切削钛合金只要不振动，表面粗糙度Ra1.6μm是可以达到的。刀具锋利，表面质量也较好。使用锋利的硬质合金车刀切削钛合金，加大流量润滑液冷却润滑。切削速度V≥100m/min时，车外圆表面粗糙度可达Ra0.8μm，已加工表面硬化较轻，残余应力较小。比较高的尺寸轻度容易获得。ap=0.005mm时，可形成连续柔软的切屑，达到磨削的尺寸精度和粗糙度。镗孔有一定的难度，主要原因是：机床、夹具、工件和刀具组成的工艺系统刚度不足。一旦振动，孔壁质量立即下降。粗糙度Ra1.6μm还是容易达到的。5结论钛合金薄壁件车削加工比铣削容易些。车削为连续切削，没有冲击。切屑为单元切屑，不存在断屑难的问题。钛合金弹性模量小，屈强比大；切削时弹让大，需变形能大。选择刀具材料硬度要高，韧性要好，bb≥200kg/mm2，且不含TiC。刃口要锋利，后角要大，钝圆半径要小。避免使用钝刀切削。钛合金既硬又韧，导热又差；粗车时，保证必要的刀具耐用度，确定切削速度；精车时，为完成以车代磨，尽量采用高速切削；可降低表面粗糙度，减轻已加工表面加工硬化和残余应力。提高机床、夹具、工件和刀具组成的工艺系统刚度，可解决钛合金薄壁件车削加工变形问题。二薄壁半圆件加工变形控制薄壁半圆环形结构的零件属断续加工，由于零件的刚性差，容易变形，加工较为困难。为解决零件的变形问题，必须在工艺上采取一些措施。一、薄壁半圆件加工中遇到的问题调质处理，精度要求较高。若单件加工，则比较困难。因为它不是一个整圆件，在车床上是断续切削，定位夹紧也很困难，需要复杂的夹具。而采用两件一起车削，即加工一个整圆，然后再分开的方法，可以解决断续车削及装夹的问题。根据这一方案，制定的工艺路线为：粗车整圆→热处理(调质)→半精车整圆→铣(切开)→磨(剖分面)。按照这种路线加工零件时发现，合格的整圆零件剖开分成两个薄壁半圆件后，在零件的两端口部向内缩，缩小量达因而在装配时，零件必须经过修锉，但修锉后的零件不符合图样要求。究其原因，是零件变形所致。二、变形原因分析产生这种误差的原因主要是零件的内应力所致。而内应力是热处理和车削造成的。在热处理中，零件经加热，升温至780℃左右，再经快速冷却(水冷)和550～600℃高温回火，完成对零件的调质。由此可见，在调质过程中，热→冷→热→冷，零件受热膨胀，遇冷收缩。若零件结构不规则、厚薄不一，则受到的冷热程度、热胀冷缩的程度及受热和冷却速度不一。壁薄处热胀快，冷缩也快；壁厚处热胀慢，冷缩也慢。这种速度差，就会在零件的厚处与薄处的过渡区域内形成相互作用的内应力。内应力在整圆零件内部是相互平衡的。当零件被切开以后，内应力就要寻求新的平衡。这样，零件就会发生变形，而变形的大小，与其刚度有关。刚度大则变形小。对于薄壁件变形就比较大。该零件由于其中间有一段厚壁，在热处理冷却后，中间部分冷却速度慢，在其两端壁薄处，温度已降低了，而中间部分还在冷却收缩，则在两端壁薄处产生压应力半精车和铣削也会产生内应力，是切削热引起的，相对来说较小，对零件变形影响不大。至于夹紧力，也会产生变形，但主要是圆度精度受影响，对零件开口影响不大。所以，当零件被铣开后，其压应力就在寻求新的平衡时，使零件开口处产生缩口现象。产生这种缩口变形误差的主要原因就是热处理产生的内应力。三、解决问题的办法要想解决这个问题，就要从消除内应力着手。将工件在热处理→点焊(合并)→半精车→钳(分开)→磨。这种改动关键在于先切开，再热处理。这样热处理时，工件可以充分变形。这是由于其形状是个半圆，而不是整圆，在这时内应力因零件已变形而会减少很多。而且，在后续加工时，只是将其余量去除，本身结构不作大的变动(不像原来整圆切开)，故其内应力的平衡也不会被打破，不会再因内应力而引起变形。热处理后，再将两件在自由状态下点焊在一起(合成一个圆)在点焊后，焊接点处会有焊接应力。由于焊后都是收缩，故在焊点处存在有拉应力。而零件的两端薄壁部分还会存在一定的压应力，两者可以抵消一些，从而使焊接应力对零件不会有什么影响。焊好的零件经车削加工后，焊接处仅剩很少一点焊缝，零件用手一掰，即可分开，再将剖分面磨光，便可得到完全合格(开口处基本无变形)的零件。如果要更精细些，则可在点焊后再加一道时效工序，效果会更好。即：粗车整圆→铣→热处理→点焊→时效→半精车→钳→磨。综上所述，对于该零件，在工艺上主要采用了两件合一和先分开后热处理的办法，解决了加工问题和变形问题。因此，解决薄壁件、半圆件的加工问题，需根据不同情况加以分析，都会找到一条合适的工艺路线的。当然，本文所介绍的工艺路线比较复杂一些，如果零件要求不高，就不妨采用时效工序，可以经济一些。将卡罐装在轴的两端，卡罐偏心方向应一致，通过卡罐的槽与轴的扁42H7/h6的配合，控制了偏心的方向；通过调节卡罐上的压紧螺钉可调节偏心量；使卡罐的端面与轴的台阶面压紧，保证轴的中心与卡罐中心平行。在车床上用双顶尖装夹，四爪夹紧卡罐旋转，以基准两端外圆用表测量，调整卡罐上的螺钉，调整至不同的偏心量，车削各偏心外圆至尺寸。当偏心轴加工完后切去两端工艺夹头。此种加工方法简便、可靠，避免了原有加工方法的繁琐(镗床打中心孔)，可应用于要求方向一致的多个偏心的偏心轴加工。