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【兆恒機械】鈦合金薄壁細長軸加工方法

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  • 添加日期:2021年08月23日

針對鈦合金材料薄壁細長軸零件加工難的問題,通過改進加工方法,提出此類產品的一種加工方案。

1. 零件結構和加工難點分析

附圖所示為我單位加工的某一零件,材料為T C 4,總長(100.6±0.03)m m,通孔φ4+0.018+0mm,直徑與長度之比大于20。該零件壁厚0.5mm,屬于典型的細長軸薄壁類零件。由于零件細長、壁薄,且精度要求較高,很大程度上增加了制造難度。其加工難點在于:

(1)鈦合金材料硬度高,在切削時容易產生切削熱,切削區溫度高,摩擦系數大,導熱性差,易導致刀具材料過燒和發生氧化而加速刀具磨損。

(2)該零件細長、壁薄且精度要求較高,加工過程中易振動、易彎曲和易變形,零件尺寸和表面質量難以保證,產品廢品率高。

2. 問題分析及改進方法

該零件加工通常采用的方法為鉆、鏜孔,兩頂車外圓。但由于孔較長,在鉆、鏜時容易出現劃傷孔壁形成螺旋線波紋的現象,嚴重時形成溝槽。同時鉆孔屬深孔鉆削,產生的切屑難以排出,切屑堵塞在鉆頭槽內及孔中,易劃傷已加工表面,若不及時排屑,甚至會引起刀具的損壞。另外,深孔鉆削加工摩擦大,切削熱不易散出,工作條件極差,易產生積屑瘤。車外圓時,易產生彎曲和振動,經常出現翹曲、錐度過大、凸肚、竹節、棱型及不圓等,零件的精度無法保證。

針對以上問題,提出以下改進方法:

image.png

零件結構圖

(1)通過熱處理消除材料本身存在的脆性,使組織和性能均勻,具有適當的韌性和塑性。

(2)采用線切割切內孔,避免深孔的進出口出現波紋、喇叭口,同時減小裝夾引起的變形。

(3)改車為銑,在銑床上進行鉸孔。

(4)鉸孔時要勤退刀并及時冷卻,確保產生的切削熱及時散出,并使產生的切屑及時排出。其中,加工刀具采用YG8硬質合金刀具和專用加長粗、精螺旋鉸刀,并及時冷卻,通過粗鉸孔和精鉸孔,多次鉸孔減少變形。

(5)利用適配心軸,頂車外圓,避免直接夾頂引起的變形。

3. 工藝要求

對于這種鈦合金薄壁細長軸的加工,應注意下列工藝要求:

(1)線切割精切的內孔應與外圓保證同心度≤0.05mm。

(2)鉸孔裝夾時夾緊力適中,不得夾傷外圓。

(3)心軸與內孔應適配且間隙≤0.005mm,心軸的中心孔與外圓同心。

(4)采用先粗后精、先近后遠及內外交叉的原則進行。

工藝路線如下:見光外圓φ16-0-0.2m m→熱處理→磨外圓(校直和加工出粗基準)→找正外圓加工穿絲孔→兩頂車外圓單邊留量0.5mm→以外圓定位,切內孔為φ3.95mm→粗、精鉸內孔→穿心軸,兩頂車外圓,平兩端面→按圖總檢。

4. 結語

此加工方法能滿足圖樣要求,保證尺寸精度而且加工質量穩定,使零件加工工序定位基準穩定可靠,操作過程受人為因素影響減小。通過制定合理的加工工藝流程,并配以簡單的專用工裝和測量方法,保證此類零件的加工質量且加工成本較低,適用于該類零件的批量加工。

參考文獻:

[1] 陳宏鈞. 機械加工工藝人員手冊[M]. 北京:機械工業出版社,2013.

專家點評

本文作者針對鈦合金細長軸通孔難加工的問題,獨辟蹊徑地用線切割來加工中心通孔,取得了滿意的效果,值得同行加工類似零件時參考。另外需注意的是,在加工穿絲孔時,也要注意刀具的角度和切削參數。