鈦合金材料大長徑比小孔類零件內(nèi)壁多余物去除技術(shù)

張曉陽，陳靖，王春玲，張昆，朱波，榮天愛

（首都航天機(jī)械公司，北京 100076）

鈦合金材料大長徑比小孔類零件內(nèi)壁多余物去除技術(shù)

張曉陽，陳靖，王春玲，張昆，朱波，榮天愛

（首都航天機(jī)械公司，北京 100076）

為解決某型號上面級增壓管路系統(tǒng)中鈦合金材料直角通和三通內(nèi)壁粘著鈦合金（TA2）細(xì)微粉末的技術(shù)難題，采用磨粒流工藝方法，從夾具設(shè)計、磨料選用及工藝參數(shù)試驗等3個方面展開研究。經(jīng)粒子計數(shù)器和掃描電鏡對加工后的零件進(jìn)行檢測，確定了去除鈦合金材料直角通和三通內(nèi)壁粘著鈦合金（TA2）細(xì)微粉末的磨粒流工藝方法。

磨粒流；鈦合金；多余物

某型號上面級增壓管路系統(tǒng)中使用了鈦合金（TA2）材料的直角通和三通。在掃描電鏡和粒子判讀計數(shù)器檢測多余物的過程中，發(fā)現(xiàn)直角通和三通的直徑4 mm內(nèi)孔有鈦合金（TA2）細(xì)微粉末殘留，屬于多余物，必須采取有效的工藝方法將其去除干凈，方能繼續(xù)使用。鈦合金（TA2）材料的直角通和三通為機(jī)械加工成形零件，且均為直徑4 mm細(xì)長深小孔（直角通長徑比為47/4=11.75；三通長徑比為50/4=12.5）的相交孔和盲孔結(jié)構(gòu)（圖1）。由于鈦合金（TA2）強(qiáng)度高、粘性大、導(dǎo)熱性能差，切削過程中，極易在切削區(qū)產(chǎn)生粘性較大的鈦合金（TA2）細(xì)微粉末，粘著在零件內(nèi)表面；且內(nèi)徑4 mm的小孔管壁較長，切削液不易到達(dá)加工部位，加工過程中散熱較差，加劇了工況的惡化，增加了細(xì)微粉末的粘性；加之切屑易與刀具粘結(jié)，造成加工表面粗糙度值大，鈦合金（TA2）細(xì)微粉末附著在刀紋中和零件內(nèi)表面，加大了細(xì)微粉末的清理難度。

圖1 三通、直角通零件示意圖

1 方案制定

該直角通和三通零件的直徑4 mm內(nèi)孔均為車削加工，加工后采用吹除、清洗、擦試、吹干等工序?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行清理，經(jīng)20倍放大內(nèi)窺檢查合格。但經(jīng)掃描電鏡和粒子判讀計數(shù)器檢測，發(fā)現(xiàn)在零件內(nèi)壁存在一定量的鈦合金（TA2）粉末顆粒，表明常規(guī)加工方式不能把零件內(nèi)部粘著的鈦合金（TA2）細(xì)微粉末清除干凈。

磨粒流工藝主要用于提高零件表面質(zhì)量和去除復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件內(nèi)部多余物的加工[1]，具有加工精度高、加工去除量較?。ㄗ畲笕コ俊?.1 mm）、加工均勻性與重復(fù)性好等特點[2]。故本文擬采用磨粒流工藝去除鈦合金（TA2）材料直角通和三通零件內(nèi)壁粘著的鈦合金（TA2）細(xì)微粉末。

2 磨粒流加工試驗

2.1 夾具設(shè)計

設(shè)計夾具的目的是固定零件、并引導(dǎo)磨料通達(dá)指定的加工部位，在工件的外面和夾具的內(nèi)面形成一個有限制性的通道，作用在于導(dǎo)流（引導(dǎo)磨料到達(dá)需研磨的部位）、限流或堵住不需研磨的部位，使其免受影響。

磨粒流夾具是控制加工效果的重要手段，設(shè)計是否合理將直接影響加工零件的質(zhì)量。一般的規(guī)律是通道越小，流速越快，去除量越大。為保證夾具的實用性和高效性，零件被加工部位要保證截面積相同或逐漸減小，且夾具入口處的截面積是零件加工部位截面積的1.5倍以上。夾具須保證產(chǎn)品不被磕碰、劃傷及壓傷。根據(jù)直角通和三通零件的結(jié)構(gòu)特點、待加工部位及加工目的，設(shè)計了磨粒流加工專用夾具Z104T-071。

2.2 磨料選取

磨粒流加工的核心要素是磨料，其選擇主要考慮磨料種類、磨料粒度、磨料粘度（即軟硬）等3個因素。最常用的磨料有碳化硅、立方氮化硼、氧化鋁和金剛砂等；磨料粘度一般分為硬、中、軟3個等級；磨料粒度可供選擇的范圍較大，從十幾目到上百目。磨料的粘度和粒度決定了研磨量、磨削均勻性和倒圓角直徑的大小；而磨料種類有幾十種，可針對不同零件表面選取不同粒度、粘度的磨料。加工零件時，磨料的粒度大小與零件表面粗糙度（表面質(zhì)量）成反比；磨料中載體的硬度與零件待加工部位的尺寸大小成正比，其選擇還需考慮材料性能。根據(jù)直角通和三通零件的結(jié)構(gòu)特點、待加工部位及加工目的，選用了XX-54磨料。

2.3 試驗條件與方法

試驗對象為鈦合金（TA2）直角通和三通零件。試驗?zāi)康氖侨コ鲜隽慵兴兄睆? mm孔內(nèi)壁粘著的鈦合金（TA2）微細(xì)粉末。試驗預(yù)置的工藝參數(shù)為：機(jī)床夾緊力8 MPa；單循環(huán)行程200立方英寸；磨料缸擠壓力6 MPa；循環(huán)次數(shù)100次。

試驗采用100 mm缸徑的小型磨粒流加工機(jī)床，把直角通和三通零件分別裝入專用夾具Z104T-071中，在相同的預(yù)置工藝參數(shù)條件下，分別加工1、2、3 h。每次加工完畢后，需對零件進(jìn)行專項檢測，隨后再進(jìn)行后續(xù)磨粒流加工。

3 試驗結(jié)果與分析

分別對磨粒流加工前、磨粒流加工1 h、磨粒流加工2 h、磨粒流加工3 h的零件進(jìn)行了內(nèi)孔表面粗糙度Ra、內(nèi)孔取樣掃描電鏡、內(nèi)孔粒子判讀計數(shù)器專項檢測，結(jié)果見表1和圖2～圖6。

表1 磨粒流加工前后的零件表面粗糙度及其內(nèi)壁粘著細(xì)微粉末的直徑

從表1可知，磨粒流加工可降低零件內(nèi)壁表面粗糙度值，且隨著加工時間的增加，表面粗糙度提高得越明顯；磨粒流加工還能將零件內(nèi)壁粘著的細(xì)微鈦粉末磨細(xì)，且隨著加工時間的增加，粉末顆粒變得越來越細(xì)。

磨粒流加工前，零件內(nèi)壁的取樣形貌見圖2?？煽闯隽慵?nèi)壁粘著大量的微細(xì)粉末。經(jīng)能譜分析（圖3）可知，該粉末為鈦（TA2）。

圖2 磨粒流加工前的零件內(nèi)壁取樣形貌圖

圖3 內(nèi)壁附著物成分能譜圖

圖4～圖6分別是磨粒流加工1、2、3 h后，零件內(nèi)壁的取樣形貌圖?？煽闯?，磨粒流加工可大量去除零件內(nèi)壁附著的細(xì)微鈦（TA2）粉末，且隨著磨粒流加工時間的增加，殘留在零件內(nèi)壁的細(xì)微鈦（TA2）粉末的數(shù)量越來越少。

圖4 磨粒流加工1 h后的零件內(nèi)壁取樣形貌圖

4 結(jié)論

（1）直角通和三通零件采用磨粒流加工3 h后，經(jīng)掃描電鏡和粒子判讀計數(shù)器檢測，符合多余物檢測標(biāo)準(zhǔn)，可合格交付。

圖5 磨粒流加工2 h后的零件內(nèi)壁取樣形貌圖

圖6 磨粒流加工3 h后的零件內(nèi)壁取樣形貌圖

（2）磨粒流工藝是一種有效去除鈦合金材料直角通和三通零件內(nèi)壁附著鈦合金（TA2）細(xì)微粉末的工藝方法。

（3）磨粒流加工可顯著提高零件內(nèi)壁表面質(zhì)量（表面粗糙度值從Ra3.2 μm降低至Ra0.4 μm）。

（4）在預(yù)置工藝參數(shù)相同的條件下，零件磨粒流加工效果與磨粒流加工時間成正比。

[1]武勝利，李元宗.磨粒流加工研究進(jìn)展[J].金剛石與磨料磨具工程，2005（1）：69-70.

[2]李元宗，閻慕良.磨料流加工技術(shù)[J].電子工藝技術(shù)，1987（7）：10-12.

書訊

《第15屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議論文集》

本書共分上、下兩冊，收錄了第15屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議錄用的論文165篇，全面展示了近年來我國特種加工領(lǐng)域?qū)W術(shù)理論研究和自主技術(shù)創(chuàng)新的成果。上冊由綜述、電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花微細(xì)加工、電弧加工5個部分組成，下冊由電化學(xué)加工、激光加工、增材制造、超聲加工、其他特種加工5個部分組成。本書可供特種加工領(lǐng)域的專家學(xué)者、科技人員、管理干部、技術(shù)工人及院校師生閱讀和參考。每冊工本費100元（含郵費）。

購書款郵匯：[215011]蘇州高新區(qū)金山路180號，《電加工與模具》編輯部。電話：0512-67274541。

Removal Technology for the Inner Surface Superfluity of Micro-hole Parts in Titanium Alloy Material with Large Aspect Ratio

Zhang Xiaoyang，Chen Jing，Wang Chunling，Zhang Kun，Zhu Bo，Rong Tianai
（Capital Aerospace Machinery Company，Beijing 100076，China）

In order to solve the technical problems of adherencing fine TA2 powder on the inner surface of two-way and tee in the system of turbocharged pipeline of some type upper stage，the research of abrasive flow technology in three ways such as fixture design，abrasive selection，testing parameters was conducted.Under the testing of the processed parts with particle counter and scanning microscope，the abrasive flow technology which remove TA2 adhesion fine powder on the inner surface of two-way and tee was determined.

abrasive flow；titanium alloy；superfluity

TG66

A

1009－279X（2014）05－0054-03

2014-08-07

張曉陽，男，1982年生，工程師。