钛合金机轮壳体加工工艺如何保证零件加工精度？ |
| 2013-07-22 08:50 作者：张亚洲 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
|
|
针对TC11钛合金的材料特性和加工难点，从刀具选择、切削参数、零件装夹、热处理等几个方面进行综合分析，确定加工工艺路线，解决零件加工精度问题。
钛合金材料以比强度高、热强度高、抗蚀好等优良特性，目前被广泛应用。我公司于2012年5月接到某飞机刹车机轮壳体加工任务，材料牌号为TC11。
由于此前接触的钛合金产品较少，对这种新型材料的加工特性不甚了解，缺乏加工经验，而且属于重要件。为此，我们做了以下工作：
1钛合金壳体加工工艺可行性分析
1.1零件基本特征
1）零件为模锻毛坯件，材料为TC11，供应状态为粗车表皮后的毛料。
2）零件外形尺寸为φ376×157，中间部分有一密封环槽，槽两侧壁厚δ≤2（如上图所示）。
3）零件关键部位精度要求H8，H9，9处形位公差要求，表面粗糙度最高要求Ra1.6。
1.2加工工艺可行性性分析
钛合金材料TC11强度高，导热系数小，加工时局部温度上升很快，散热和冷却效果很差，且弹性模量低，加工过程中零件易产生弹性变形。为了达到加工精度，必须合理安排工艺路线，选择合适的刀具和切削参数，适当采取热处理来消除加工应力。
1.3确定加工工艺路线
根据对零件特性的分析，确定加工工艺流程如下：
锻件（双重退火）→粗车去余量→粗铣各槽及孔去余量→钳工→去应力退火→半精车内外型面→钳工→去应力退火→精车内外型面→钳工→精铣各槽及孔→钳工→精车右侧锥面→钳工→清洗→检验→入库。
2钛合金壳体加工难点
1）由于钛合金的导热系数很小，阻碍了机加工过程中所产生热量的迅速散失，聚集的热量引起刀具的磨损且影响零件表面加工质量。
2）由于钛的化学活性高，容易和刀具化合产生焊接和粘剥，刀刃易发生破损。降低刀具使用寿命。
3）弹性模量低，弹性变形大，导致其在载荷作用下发生变形后产生极大的回弹、振动，进而加大刀具磨损，降低零件的精度。
综上所述，钛合金的这些材料特点使其加工比较困难，导致加工尺寸、精度比较难以控制、效率低、刀具消耗大。
4）壳体结构复杂造成的加工困难。
此壳体为薄壁零件，主体部分壁厚≤2，连接的多处筋上有减重用的深槽，内部深处有一深长的型腔，零件刚性差，加工时易产生切削振动，造成零件变形。深槽处加工时易产生让刀，应力集中等现象，影响零件加工精度。在零件精加工过程中，由于外型圆周上加工了12处宽20筋，在精车时，零件为断续切削，加上材料的特性，给加工带来了很大的难度。
3钛合金加工的应对措施
针对钛合金材料的特性，从刀具选择、切削参数、零件装夹、热处理等方面综合考虑，解决零件加工精度问题。
3.1刀具选择
3.1.1刀具材料的选择
切削热的问题是加工钛合金的一个关键因素，所以从降低切削温度和减少粘结两方面出发加以解决，选用导热性能好、抗弯强度高、红硬性好的刀具材料。一般使用硬质合金刀具，导热性好、强度较高、与钛合金化学亲和力也较小。成形和复杂刀具可用高温性能好的高速钢，低速下断续切削时可选用耐冲击的超细晶粒硬质合金。
铣刀一般选用高速钢，如W12Cr4V4Mo、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、M10Mo4Cr4V3Al等，车刀一般采用硬质合金如YG8、YG3、YG6X、YG6A、813、643和YD15等。许多资料中都提到含TiN和TiC的钛基涂层刀片易与钛合金产生剧烈的亲和作用，加剧刀具的粘结磨损，不宜用来切削钛合金，实际加工中发现，切削速度较低、大量浇注切削液的情况下，使用TiAlN涂层刀片切削钛合金，刀具磨损较少，切削效果较好。
3.1.2刀具几何参数
1）车刀：钛合金已加工表面弹性恢复大、冷硬现象严重，车刀采用大后角可减小对后刀面造成的摩擦、粘结、撕裂等现象，以减小后刀面的磨损。各种切削钛合金车刀的后角基本上都≥15°，一般取α=15°～18°。钛合金切屑与前刀面的接触长度短，前角较小时既可增加刀屑的接触面积，使切削热和切削力不至于过分集中在切削刃附近，既能改善散热条件，又能加强切削刃，减小崩损的可能性。一般取γ=5°～10°。粗车时取γ0较小值，精车或加工薄壁零件时，前角取γ=10°，主偏角75°～90°，有利于降低径向力，防止振动。刀尖采用圆弧过渡刃以提高强度，避免尖角烧损和崩刃。一般取0.5～1.5mm，精车时取较大值。加工中必须保持刀刃锋利，一旦刀具出现磨损，应迅速更换锋利的刀具，因为刀具出现少量的磨损后会迅速发生破坏。在加工外型圆周时，断续切削过程中，转速25/min，刀具采用YG8焊接刀，减小冲击，保证图纸中尺寸公差及粗糙度要求。
2）铣刀：钛合金铣削之所以比车削困难，主要是因为铣削是断续切削，切屑容易与刀刃发生粘结，并且当粘屑的刀齿再次切入工件时，粘屑被碰掉并带走一小块刀具材料，形成崩刃，大大地降低了刀具的耐用度。铣削钛合金时一般采用顺铣。由于钛合金的弹性模量小，顺铣造成让刀现象，要求机床和刀具有较大的刚性。刀具的长径比应尽可能小。铣削时刀具与切屑的接触长度短，不易卷屑，要求刀具具有较好的刀齿强度及较大的容屑空间，否则切屑堵塞会造成刀具剧烈磨损。相对于通用标准铣刀，前角应减小，后角应加大。一般立铣刀的参数为前角6°～8°，后角6°～12°，螺旋角35°～40°，螺旋角前段为3°，刀尖圆弧半径R为0.5～0.6mm。
3.2切削用量
加工钛合金时，刀具单位面积上受力较大，切削温度较高，因此刀具磨损很快。为改善切削条件，加工时应大量使用切削液，可降低切削温度，提高刀具寿命，减小零件变形。由于钛粉、切削或碎片容易引发火灾，切削液不仅可以迅速散热，而且能够防止火灾。切削液可以使用水或碱性水溶液，水基可溶性油质溶液和非水溶性油质溶液，禁止使用含氯的切削液。
精车钛合金零件时，切削用量为切削速度v=40～70m/min，走刀量f=0.1～0.2mm/r，切削深度a=0.3～1mm。
一般原则是：切削速度宜低，进给量适中，切削深度可较大。当刀具和零件接触时不要停止进刀，因为停止进刀刀刃和钛合金在高载荷下长时间摩擦，容易引起加工硬化，加速刀具的损坏，造成零件变形。
3.3零件装夹
针对零件壁厚较薄，刚性较差的特点，在加工中，多采用端面作为轴向定位支撑、盖板压紧的方式，避免零件在夹紧力作用下产生变形。
此壳体壁厚较薄，随着粗加工、半精加工不断去除余量，其刚性渐渐降低，易产生加工振动，不利于保证加工精度。因此，在加工零件内外型面时，通过夹具增加辅助支承的方式来增加零件刚性，消除振动。
3.4热处理去应力
薄壁零件在加工过程中，因加工应力极易变形，工艺方法采用安排粗车、半精车、精车之间穿插去应力退火的方式，去除加工中的残余应力。退火需在真空炉中进行，既能退火，又能除氢。
4结语
通过对该钛合金壳体机械加工技术的研究和加工，掌握了TC11钛合金材料的特性和加工工艺，加工手段及操作可行、方便，赢得了客户的高度认可，提升了公司的信誉度和影响力。 |
|
|
|
【对“钛合金机轮壳体加工工艺如何保证零件加工精度？”发布评论】 |
版权及免责声明：
① 本网站部分投稿来源于“网友”，涉及投资、理财、消费等内容，请亲们反复甄别，切勿轻信。本网站部分由赞助商提供的内容属于【广告】性质，仅供阅读，不构成具体实施建议，请谨慎对待。据此操作，风险自担。
② 内容来源注明“硅谷网”及其相关称谓的文字、图片和音视频，版权均属本网站所有，任何媒体、网站或个人需经本网站许可方可复制或转载，并在使用时必须注明来源【硅谷网】或对应来源，违者本网站将依法追究责任。
③ 注明来源为各大报纸、杂志、网站及其他媒体的文章，文章原作者享有著作权，本网站转载其他媒体稿件是为传播更多的信息，并不代表赞同其观点和对其真实性负责，本网站不承担此类稿件侵权行为的连带责任。
④ 本网站不对非自身发布内容的真实性、合法性、准确性作担保。若硅谷网因为自身和转载内容，涉及到侵权、违法等问题，请有关单位或个人速与本网站取得联系（联系电话：01057255600），我们将第一时间核实处理。
|
|
|
|
