鈦合金高精度錐面車削加工技術(shù)研究

趙德滿，李祖華

（長沙中傳航空傳動有限公司，湖南 長沙 410200）

高精度錐面在機械加工中經(jīng)常會遇到，尤其是軸類零件的配合面，材料大多為黑色金屬，通常的加工方法就是磨削加工，修磨砂輪或砂輪擺角度保證錐度。某型號直升機減速器，其中有1個連接法蘭盤（圖1），材料為鈦合金，內(nèi)腔兩端各有一個30°的錐面，尺寸公差及表面光潔度要求較高。因其特殊的結(jié)構(gòu)及有色金屬偏軟的內(nèi)部組織，不適合磨削加工，只能采用車削的方式，使用專用夾具及合理的切削參數(shù)，達(dá)到零件的設(shè)計需求。

圖1 法蘭盤結(jié)構(gòu)圖

1 技術(shù)難點分析

該零件兩端的30°錐面在減速器裝配時作為安裝基準(zhǔn)，與內(nèi)、外錐形塊緊密配合，并通過內(nèi)、外錐形塊作用于齒輪軸上，起旋轉(zhuǎn)定心作用(圖2)。其加工精度的好壞決定著內(nèi)、外錐形塊與之配合時的接觸面積，工作時影響內(nèi)、外錐形塊的使用壽命，進(jìn)而影響整個傳動系統(tǒng)的功能；從圖1可以看出，錐面的角度公差為±15″，相當(dāng)于Ⅰ級精度，其粗糙度為Ra1.2，斜面長度為15mm左右，錐面著色要求不少于85%。由于精度高、斜面短，無論是加工或計量都比較困難。

該零件為TC4鈦合金材料。鈦合金加工比較困難，主要表現(xiàn)在：鈦合金切變系數(shù)小于或接近于1，切削時加速刀具磨損；鈦合金切削時溫度高，比45#鋼高出一倍，散熱性差，刀具易燒損；單位面積上的切削力大，容易崩刃；表面易產(chǎn)生硬質(zhì)表層，切削時易損傷刀具產(chǎn)生缺口、崩刃、剝落等現(xiàn)象；切削時，鈦屑及被切表層易與刀具材料咬合，產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，引起劇烈的黏結(jié)磨損。

因此，工藝上在加工鈦合金零件時，一般選用鎢鈷類硬質(zhì)合金專用刀具，與鈦合金親和力小、導(dǎo)熱性好、強度較高。加工方式上通常采取車削和銑削的方式，不易采取磨削加工。

圖2 法蘭盤裝配圖

2 工藝方法

傳統(tǒng)的加工鋼制件錐面采用磨削的方式，對有色金屬尤其鈦合金零件接觸少、了解不多、加工經(jīng)驗欠缺。但總結(jié)以往的經(jīng)驗及通過摸索試驗，將錐面的加工分為粗精加工，精加工的余量為單邊0.25mm。考慮到機械加工變形的影響，將精加工作為最后一道機加工序。

3 裝夾方式

該零件圓周直徑為Φ400mm左右，按照其規(guī)格工藝安排高精度的車銑復(fù)合加工（大型高精度數(shù)控車也可以滿足要求），要保證精度，兩端錐面必須一次性加工，零件裝夾一定要穩(wěn)定。必須采用專用數(shù)控夾具（圖3）。

圖3 夾具圖

4 切削參數(shù)及加工策略

零件材料為鈦合金。參考標(biāo)準(zhǔn)，加工時采用鎢鈷類硬質(zhì)合金專用刀具，為保證粗糙度要求，刀尖要盡量小，但鈦合金加工時刀尖非常容易磨損，刀尖半徑又不能太小，在此選用R0.4mm刀片。由于錐面角度公差非常小為±15″，反映到線性尺寸為0.002mm，也就是軸向或徑向尺寸差0.002mm，角度就會偏15秒，要保證此公差非常困難，因此，加工每個零件刀具長度值要保持穩(wěn)定，必須考慮到刀具的磨損。針對此零件的加工，主軸轉(zhuǎn)速限定為150r/min，進(jìn)給為0.15mm/r，最大切削量的加工余量為0.25mm。

為保證兩端錐面的一致性，兩端錐面編程時采用同一方向加工，右端錐面刀具正向加工，左端錐面刀具旋轉(zhuǎn)180°加工，加工示意圖見圖4。

5 檢測方法

對錐角的檢測方法是采用三坐標(biāo)進(jìn)行測量，因其型面太短，三坐標(biāo)測量通常會有很大誤差，必須多量幾次，得到其平均值；另一種方法就是著色檢查，著色檢查必須采用專用夾具，夾具的設(shè)計要求較高，但必須要巧妙，考慮到兩端錐面，采用球形支承，如圖5所示。

6 結(jié)語

圖4 加工示意圖

圖5 測量示意

通過此種方法的加工，錐面的錐角基本在其公差范圍內(nèi)，零件質(zhì)量的穩(wěn)定性得到了很大改善，達(dá)到了預(yù)期目的。在加工中得知零件的裝夾找正及計量方法對尺寸的精度有很大的影響，所以在精加工錐面前要精修相關(guān)基準(zhǔn)。對于零件的計量一定要統(tǒng)一計量方法，保持穩(wěn)定性。另外，對于此類有色金屬高精度錐面的加工，主要從如何消除零件變形方面考慮，合理安排工藝路線，使用功率大、剛性好的機床，合理選擇切削刀具和切削參數(shù)。對于形位精度要求高的相關(guān)尺寸和基準(zhǔn)，盡量采用合理的工裝夾具，通過一次裝夾，一次加工的方法來完成。