鈦合金材料的數(shù)控加工方法解析

周曉慶

[關(guān)鍵詞]鈦合金;薄壁;濾筒;數(shù)控加工

引 言

鈦合金由于具有高強度、低密度和高耐腐蝕的特點，在航空航天工業(yè)中獲得了廣泛的應用。然而在加工過程中，刀具耐用度低、熱導率小、粘刀嚴重，其屬于難加工材料。

現(xiàn)如今，我國的科技發(fā)展十分迅速，通過分析鈦合金薄壁濾筒的使用性能、結(jié)構(gòu)特點和設計精度要求，實際生產(chǎn)制定的數(shù)控加工工藝要注意選取科學合理的切削刀具和切削用量，特別是在定位、裝夾、找正等方面總結(jié)出的一些經(jīng)驗和注意事項，就能解決鈦合金材料難切削性對薄壁濾筒造成的加工困難問題和鈦合金加工過程中易產(chǎn)生毛刺問題。合理的數(shù)控加工工藝是保證鈦合金薄壁濾筒加工精度的關(guān)鍵，同時也是大批量生產(chǎn)提高加工效率，縮短加工周期的關(guān)鍵。

一、鈦合金零件的性能特點及其應用

①密度小，強度高，強度大于高強度鋼。②熱穩(wěn)定性好，高溫強度高。在300℃～500℃以下，它的強度約比鋁合金高十倍。③抗蝕性好。鈦合金在潮濕大氣和海水介質(zhì)中工作，其抗蝕性能遠優(yōu)于不銹鋼，對點蝕、酸蝕、應力腐蝕的抵抗力很強。對堿、氯化物、硝酸、硫酸等有著優(yōu)越的抗腐蝕能力。④化學活性大，能與大氣中的O、N、H、CO、CO2、水蒸氣等產(chǎn)生劇烈的化學反應。在600℃以上時，鈦吸收氧，形成硬度很高的硬化層。H含量上升，也會形成脆化層。⑤導熱性差。鈦的導熱系數(shù)低，約Ni的1/4，F(xiàn)e的1/5，Al的1/14，鈦合金的導熱系數(shù)更低，一般為鈦的50%。⑥彈性模量小。鈦的彈性模量為107800MPa，約為鋼的1/2。綜上所述，由于鈦合金具有比重小、強度高、無磁性、耐腐蝕和高溫的特點，廣泛用于船舶、航空航天、精密儀器儀表等領(lǐng)域的核心零件。

二、鈦合金材料的數(shù)控加工方法

（一）開槽前數(shù)控車削粗加工及注意事項

鈦合金濾筒在加工窄槽前壁厚大于1mm，雖然這種薄壁結(jié)構(gòu)會使加工過程剛性降低，車削加工容易引起振顫，但車削仍屬于連續(xù)切削形式。粗精加工外圓和端面是一般的常規(guī)車削，掉頭裝夾后要找正外圓，保證端跳動和圓跳動不超過0.02mm的情況下留精加工余量粗車內(nèi)孔，這樣能保證兩端面與軸線垂直度以及內(nèi)外圓柱面的同軸度均在0.05mm以內(nèi)。在實際生產(chǎn)中要注意：①鈦合金內(nèi)孔加工不易斷屑，容易纏繞在刀具上堵塞內(nèi)孔發(fā)生濾筒夾緊力不足，導致薄壁濾筒從三爪卡盤中脫落發(fā)生危險，所以要在程序段中特意添加規(guī)律性進給停頓語句，讓屑斷開并能順利排出內(nèi)孔;②在裝夾時要注意夾緊力的大小，過大容易引起薄壁圓柱的變形，影響加工精度，過小則存在脫落發(fā)生危險的可能，所以夾緊力要大小適當，必要時要精確量化;③由于后續(xù)銑削加工中空間的原因，選用外圓柱面定位裝夾銑削窄槽時容易引起刀具和夾具的干涉，必然會選用內(nèi)孔定位，盡管內(nèi)孔在此工序是粗加工，但在尺寸精度和表面質(zhì)量方面必須滿足一定的要求，一致性要好，否則將導致后續(xù)銑削工序費時費力。

（二）走刀方式的選擇

銑削鈦合金時，宜采用順銑。順銑時，由于刀齒切出時的切屑很薄，不易產(chǎn)生積屑瘤，能減小黏結(jié)磨損。逆銑正好相反，容易黏屑，當?shù)洱X再次切入時，切屑被碰段，容易使刀具材料剝落、崩刃。但是，順銑時由于鈦合金彈性模量小，容易造成讓刀現(xiàn)象，因此需要光刀一次。順銑時作用在工作臺上的水平分力與走刀方向相同，由于絲杠與螺母之間有間隙，會使工作臺突然竄動，發(fā)生啃刀。但是數(shù)控加工中心進給絲杠與螺母無間隙，這為采用順銑走刀方式提供了方便。

（三）開槽后數(shù)控車削精加工及注意事項

薄壁濾筒經(jīng)過數(shù)控銑開窄槽加工后，內(nèi)孔中沿窄槽布滿了毛刺，精車內(nèi)孔的目的主要是去除內(nèi)孔毛刺，讓內(nèi)孔尺寸和表面質(zhì)量達到精度要求。此時的車削加工屬于斷續(xù)切削形式，加工難度相對更大，在實際生產(chǎn)加工過程中要注意以下幾點：盡可能地減少振顫，減少應讓刀帶來的加工誤差;切削用量與內(nèi)孔精車余量要匹配好，余量過大造成內(nèi)孔斷續(xù)切削加工困難，余量過小時毛刺容易擠向窄槽內(nèi)，這樣內(nèi)孔毛刺清除費時進給速度f=0.1mm/r的情況下，車削平穩(wěn)毛刺去除效果最佳;同樣在裝夾時要注意加長銅軟爪對薄壁濾筒夾緊力的大小，過大容易引起薄壁圓柱的變形，影響加工精度，過小則存在脫落發(fā)生危險的可能，所以夾緊力要大小合適，必要時要精確量化。加工完成后經(jīng)過檢驗合格。

結(jié) 語

薄壁濾筒零件結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)控加工工序也相對簡單。圍繞著鈦合金加工過程中給出的刀具類型、切削參數(shù)、裝夾找正方法和注意事項，為大批量難加工材料薄壁結(jié)構(gòu)零件的加工提供了一定的參考和借鑒。值得一提的是，在精車內(nèi)孔的同時解決了上一工序窄槽加工時遺留的毛刺問題。在數(shù)控加工工藝安排上，后一工序既能實現(xiàn)本工序的加工目的又能解決前一工序遺留的問題，這種工藝安排方法省時高效。

參考文獻：

[1]譚洪，楊嵩，史昊天.提高細長軸上薄壁內(nèi)腔加工精度的工藝實踐[J].組合機床與自動化加工技術(shù)，2015（9）：132-133+136.

[2]張青山.0Cr17Ni4Cu4Nb組織及力學性能試驗[J].黑龍江冶金，2009，29（3）：1-2+5.