薄膜上腔盖的加工改进

admin

钛合金材料具有密度小、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击震动等良好的综合性能，在航天航空产品中应用越来越广泛。但由于其导热系数低、塑性低、硬度高、弹性模量低、弹性变形大等特点，造成钛合金材料切削加工性差，加工周期长。本文通过某型号薄膜上腔盖车工工序的机械加工改进，从零件加工特征，加工路线安排，解决措施，刀具选择加工切削参数及编程技巧方面来论述，为以后加工此类钛合金提供一些借鉴。

一、问题提出

　　薄膜上腔盖是我分厂一个重要零件，如图1所示，加工周期长，薄壁易变形，给批生产带来很大难度。

薄膜上腔盖的加工改进

　　该零件主要加工特征有：

　　（1）零件为模锻件， 材料为TC6，硬度高，为33～38HRC。

　　（2）端面加工余量大，如图2所示，达到5mm之多，其外径处为断续，难于加工。

　　（3）成品零件壁厚最小处只有1.7mm，容易变形。

　　（4）内腔形状两边带圆弧，余量大，并且深度达到8.2mm，没有合适的刀具，原来用硬质合金端面整体合金槽刀加工，刀具刚性差，加工困难，由于定位面小，加工型面容易产生颤震，造成废品。

　　（5）内孔φ（5+0.03）mm为盲孔，排屑不利，刀具刚性差。以上这些特征使零件的加工周期变长，质量很不稳定。

薄膜上腔盖的加工改进

　　综上所述，如何有效去除余量，解决内型面加工刀具，薄壁易变形等问题成为制约生产的难题。

二、解决措施

　　1.合理加工，减少变形为了减少零件加工变形，根据零件的加工特征，制定加工路线如下：

　　右端面粗加工，端面留余量0.4mm，总长按（11+0.4）mm→粗加工内腔型面，端面留余量0.1mm，总长（11.05+0.1）mm→精加工内腔型面至尺寸，保证总长（11±0.05）mm→左端面合并加工至尺寸。由于每道工序都为后续工序留有加工余量，能有效抵消零件加工中产生的变形，保证图样尺寸要求。

　　2.优化切削刀具和切削参数

　　（1）右端面粗加工  为内腔型面粗加工去除余量，减少内腔型面加工余量，加工总长尺寸（11±0.05）mm为（11+0.4）mm，并且预钻φ（5+0.03）mm孔为φ4.8mm左右，长度（12±0.5）mm按15mm加工，便于容屑。

　　刀具选择主要是加工端面刀具的选择：①第一次试选。根据钛合金材料和外形特点，决定用两把55°外圆仿形车刀来加工，刀具锋利，抗力会比较小，由于没有适合的刀片，选择sw30M刀片来试验，选择刀尖R=0.4mm，一把加工外径断续部分，一把加工连续部分。经过试验，效果不理想，主要是刀片材质不适合，磨损严重。②第二次试选：采用两把普通车刀，刀具材料为YG8来加工，由于零件锻件表面有硬化皮，刀刃干二、三个工件，就会产生崩刃现象，需要再次修磨刀具，浪费时间。③ 第三次选择：根据钛合金的加工特点，选择钛合金刀片材料KC730，选择刀尖角R=0.4mm的90°外圆粗车到加工断续部分，连续部分采用刀片材质为PR930，刀宽为3mm的外槽刀来加工连续部分。由于刀具锋利，加上冷却充分，满足加工要求。如图3所示。

薄膜上腔盖的加工改进

　　切削参数选择：在加工的过程中，选择合适的切削参数，不仅可以提高效率，也可以降低消耗。开始加工时，90°外圆刀切削参数：s=180，f=0.1，ap=0.8mm，外槽刀切削参数：s=80，f=0.1，ap =2mm，两刀切除，加工一件活需要35min。为了提高效率，对切削参数进行适当调整，采用低转速大进给的加工原则，优化90°外圆刀切削参数为：s=100，f=0.1，ap=2mm，外槽刀切削参数：s=500，v=40，f=0.15，ap =2.5mm，去除余量时间减少到15min。

　　编程技巧：采用G71加工断续部分，并且断续起刀点降到断续面内，便于第一刀刀片能多接触，增加刀片耐用度。连续部分用G75指令，每次径向切深10mm，退0.6mm，便于冷却，最终取得较好的加工效果。

　　（2）内腔型面粗加工 由于内腔型面余量太大，一次加工残余应力容易使零件变形，所以进一步去除余量，总长尺寸（11.05±0.05）mm按（11.05+0.1）mm加工，其他尺寸按图4加工。

薄膜上腔盖的加工改进

　　刀具选择：采用端面槽刀25mm×25mm来加工内型面。优点是可以节省刀位和时间。此外，刀具刚性好，并且槽刀刀片锋利，不容易产生积屑瘤。刀片材质pr930，刀宽2.5mm。

　　直径（27+0.2）mm处深槽，开始采用整体端面槽刀加工，刚性差，容易磨损，不能大进给，并且价格昂贵。经过实践，最后用一把外槽刀12mm×12mm，刀杆横向装来加工内槽如图，刀片材质pr930，刀宽2mm，有效切深7.5mm，加工前要修磨刀片，使其加工不产生干涉。优点：刚性好，调整方便。φ（12-0.2）mm长度2.5±0.1mm，用一把φ12mm镗刀加工至尺寸。如图5所示。

薄膜上腔盖的加工改进

　　切削参数：端面槽刀切削参数：s=200，f=0.08，ap=2mm，12mm×12mm槽刀参数为：s=280，f=0.08，ap=1.8mm，镗孔刀φ12mm切削参数：s=350，f=0.08，ap=1.5mm。

　　编程技巧：用外槽刀25 mm×25mm，采用G74循环加工槽4+0.1至尺寸，然后采用G71循环加工φ（59+0.4）mm和75°至尺寸。φ（27+0.2）mm和φ（12-0.2）mm这部分，先用12 mm×12mm外槽刀在中间切槽，两边粗加工留0.1mm余量，最后精加工底部相接，完成加工。

　　内腔的粗加工主要采用外槽刀来加工端面槽，刚性好，并且使用数控标准刀具，节省成本，加工调整方便。

（3）内腔型面精加工（见图6）。

薄膜上腔盖的加工改进

　　精加工，保证总长（11±0.05）mm，保证型面壁厚（2.1±0.4）mm和其他所有尺寸。

　　刀具选择主要是型面粗、精加工刀具的选择：粗加工型面采用20×20-K3外槽刀来加工，如图7所示，刀具刀片要修磨，根据零件度数10°±30′，切削刃要磨成斜面，比加工度数大一些。优点：刀具锋利，抗力小，刚性好，可以大进给，调整方便。

　　精加工型面，10°和圆弧限制了刀具，并且型面最深处达8.2mm，刀具选择不好，精加工型面时容易产生震颤。后要经过抛研才能使用，费时费力。有没有适合加工的刀具，经过试验查找，用30°外圆仿形车刀横向装来精加工型面解决了这一难题。

　　优点：刚性好，刀具锋利。

薄膜上腔盖的加工改进

　　把10°型面一分为二，粗加工切削参数为：外：S=180，F=0.1，ap=2mm。内：转速改变S=280，其他不变。精加工型面切削参数：外：S=200，F=0.06，ap=0.3mm，内：转速改变S=300，其他不变。

　　编程技巧：外槽刀粗加工10°型面时，用G71编程，在刀具不干涉的情况下取型面一点为程序起刀点，先加工一环形槽，采用先外后内向两边加工型面。

　　精加工10°型面时，采用两个相交的起刀点，加工时采用两个刀补，因为零件型面弹性变形回弹力不一样，在实际干活中要根据加工情况修改刀补，直到内外型面相接比较平滑为止。精车顺序和粗车一样，先外后内，采用这样的方法，加工方便，尺寸容易保证，刀具刚性好，零件不容易变形。

　　（4）左端面合并加工  原来工艺夹头，在精车完内型面后工艺安排要用线切割割掉，并且在左端面要加工一个台阶孔和内螺纹，如图8所示。

　　线切割加工时候不能走的太快，时间比较长，所以通过自磨高速钢内槽刀来切除工艺夹头，台阶面加工用φ5mm内槽刀粗加工，由于台阶深只有1mm，这样加工可以避免薄壁变形，Z向不受力，加工效率高，最后用φ8mm镗刀精加工，从里向外，能有效减少震动，螺纹底孔用另外一把刀来加工，这样下来就减少了不必要的加工时间。

薄膜上腔盖的加工改进

三、实施效果

　　（1）实践证明，在数控加工过程中，选择合适的刀具不但可以节省加工时间，并且可以提高加工效率，通过合理安排，该零件提高效率200%。

　　（2）加工质量稳定，型面光洁度好，消除表面颤震现象，产品合格率从原来的80%提高到100%。

　　（3）节约成本，采用外槽刀来加工内腔型面比用硬质合金整体槽刀节省成本。

　　（4）总结出钛合金加工的最佳参数为恒线速度粗加工V=40～60，并且在其他钛合金零件加工中证明有明显效果，刀具耐用度显著提高。

　　在零件加工中，我们一定要大胆的尝试一些新方法，新刀具，突破思维限制，多观察，多积累难加工材料参数，并且多学习别人长处，这样我们才能够有所进步。经过这次的改进，在实际应用中取得了良好的效果，在分厂类似零件的加工中得到广泛应用。让我在今后的工作中开拓了思路。一个好的创新不仅可以给我们带来一定的经济效益，同时也让我更加深刻的认识到在生产加工中，不要只会用一些老方法，加工同一种零件要反复对所加工的产品进行科学合理的分析，真正做到低成本、低能耗、高精度、高效率的生产，为公司的发展打下良好而坚实的基础。