引言

钛合金资料作为一种轻合金资料,在航空航天领域利用宽泛，拥有比强度高、耐侵蚀、热能力优良等特点但钛合金亦是一种典型的难加工资料，切削加工过程中切削温度高、回弹大，极易产生加工硬化，对切削刀具与切削工艺均提出了极高的要求血


。本文针对航空航天钛合金结构件加工的工程问题,发展了切削刀具与切削工艺的钻研，最终保障切削加工顺利实现


。

1、加工对象与刀具选择

钛合金结构件翼面装配弧面及定位槽的铣削加工成型零件图如图1所示，加工资料为TC4钛合金


；诟媒峁辜的复杂状态以脊合金资料欠安的切削机能，对夹具系统做出了改进


。在本文的工艺优化措施下，切削质量显著提高，且加工效能有效提升


。

1.1钛合金刀具资料的选择

钛合金切削加工过程拥有如下特点：

(1) 变形系数幼


。切屑在前导上拥有较大的滑动摩擦的旅程，导致刀具易磨损


。

(2) 切削温度高


。钛合金导热系数幼且切屑与前导的接触蹊径短,切削热容易在切削区和切削刃左近的一个较幼区域内不休累积，使该区域温度维持在一个较高的水平


。在其他切削前提不变的前提下,其切削温度可比45号钢逾越一倍以上


。

(3) 工艺系统刚度要求高


。切屑与前导之间的幼距离接触使得单元切削力增大,更易出现崩刃景象


。钛合金自身弹性模量也幼，加工过程中回弹景象显著，不仅容易导致刀具进一步损耗，也容易出现振动景象，影响最终的加工质量，必要提高整个加工系统的刚度以抵抗变形


。

(4) 加工硬化显著


。钛合金资料拥有较高的活性,高切削温度下更是如此,其表表极易与空气反映形成各类硬脆层，而加工时的塑性形变会进一步导致表表的硬化


。综合作用下，刀具寿命严沉缩短，且最终加工件委顿机能阐发欠安


。

(5) 硬质合金刀具易磨损


。硬质合金可用于加工钛合金资料,但是由于钛合金对硬质合金的化学亲和性强,在加工过程中形成的高温高压前提易使刀具出现粘结磨损问题


。

针对钛合金结构件上述特点，切削刀具资料最终选用硬质合金或高速钢


。凭据刀具资料的分歧，对具体工艺结构参数做出如下建改:硬质合金刀具，首先必要思考切削工件与钛合金之间的亲和反映,故排除YT类硬质合金刀片，选择YG6类硬质合金刀片


。另表，为提高切削刃强度和改善散热前提，铣刀前角y节造在0°~5°，后角α节造在4°~10°,刀尖圆弧半径节造在0.5 mm


。同时,硬质合金铣刀切削参数应按以下准则选用：切削速度选择V_c=60m/min,进给量节造在V_f=130mm/min


。

当选用高速钢刀具时，切削速度V_c=6~30m/min,进给量节造在V_f=20~60mm/min


。冷却液使用大量的极压乳化液，拥有光滑好、冷却成效佳的利益


。

1.2加工工艺过程

为提高整个夹具系统刚度，减幼刀具的悬伸距离，以预防切削过程易产生的振动景象，最终工艺参数如表1所示


。

2、刷新刀具

2.1硬质合金立铣刀的刷新

按加工钛合金结构件翼面的弧面要求，翼面弧面与钛合金结构件表壳弧面相吻合(图1，R104.9)


。传统加工伎俩为通用的卧式镇床，但出产效能偏低(逐日仅能加工4~5件)，难以满足指标根基出产需要[4]


。本文提出了一种新的加工伎俩，选择铣削步骤加工弧面R104.9，以铣代镗,最终加工效能提高了5倍以上


。而该步骤必要对铣刀做出优化改进，如图2所示，同时必要对工艺路线进行建改


。

2.2带柄硬质合金三面刃盘铣刀

翼面定位槽的加工，槽深21.1 mm,槽长280 mm,槽宽(6+0.075) mm,该槽用于翼面与钛合金结构件舱体的装配定位,须保障槽底尺寸R30[5]


。为了满足加工要求,自造的带柄硬质合金三面刃铣刀如图3所示，刀柄直径16mm,铣刀直径(60+0.2)mm,厚度5 mm,刀头的资料选择YG类，铣刀前角γ=3°，,后角α=8°，刀尖圆弧半径为0.5mm,最终满足了尺寸R30的精度要求


。

3、自造夹具

由于翼面结构件的两侧面为两倾斜复杂型面，选用的通例夹具无法有效装夹，必要设计一款针对性的专用夹具


。针对该近况,本文自造了专用夹具，如图4所示


。

根基设计要求为：强度、刚度和不变性均必要提升,以保障夹具系统在加工过程中能够接受较大的力[6]；进一步增大夹具系统的装置面，以周边接触作为最佳接触选择


。合用于铣床的夹具为维持定位，会拔取定位键与自身平台拥有特定状态的槽进行共同


。定向键与夹具体共同多选取H7/h6,定位键与特定状态槽(通常为T形槽)共同的部门预留出肯定部门的余量进行建 配，以保障最终的装置精度，或通过在夹具正常使用时，使定位键的某一面与平台特定状态槽接触,抵消装置间隙


。铣床夹具通常配有特殊设计的耳座，以螺栓衔接的方式保障整个加工系统的缜密衔接氏〕


。加工工艺及切削参数如表2所示


。

4、铣床调整、装夹校对后进行铣削加工

凭据图纸中给出的指标，铣头与工作台面之间的不垂直度是影响最终加工件造作精度的一个关键成分


。经丈量，立铣头与工作台面不垂直度误差为0.1/300 mmo经推算调整后建改了立铣头角度,二者之间的不垂直度误差节造在0.02/300mm以内


。选用百分表校对图4中408 mm长底边的两端点，保障其平行于工作台面，装置4块压板后，最终工件维持缜密接触状态以进行铣削加工


。加工过程中，选取杠杆表不休丈量建改，使得6 mm槽与20 mm不合称度满足要求，节造在0.03 mm以内


。槽宽和408mm长底边基准面的不合称度数值达标后，最终加工的零件的实测值可达到图纸中给出的具体数值


。

5、结语

指标零件存在较多的不规定结构，同时曲面的存在对装夹提出了更高的要求


。凭据图纸指标需要，公差尺度要求高，而钛合金资料特殊的加工难点使得部门型腔结构难以加工,通例刀具无法使用


。本文针对这些问题，对夹具进行了针对性优化设计，选择了相宜的刀具资料并改进了刀具结构，最终对机床夹具和工艺路线进行调整后，实现了难加工型腔的顺利造作，同时精度公差指标亦满足图纸指标需要


。针对传统步骤加工效能低的问题，本文提出的以铣代镇的加工步骤有效提高了加工效能


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[参考文件]

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[2] 孙玉晶，孙杰，李剑峰.钛合金铣削加工刀具磨损有限元预测分析[J].机械工程学报,2016,52 (5): 193-201.

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[5] 成大先.机械设计手册(第3卷)[M], 5版.北京:化学工业出版社,2008

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作者简介:余大章(1968—),男，浙江孝动人，技师，研 究方向:钛合金工艺


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