摘要：闡述鈦合金零件的加工特點(diǎn)，分析薄壁鈦合金零件的數(shù)控車削加工工藝，介紹薄壁鈦合金割縫的數(shù)控銑削加工方法以及刀具的選擇。通過對薄壁鈦合金零件的工藝分析與刀具選擇，不僅保證了零件的尺寸與形位公差，而且極大地提高了生產(chǎn)率，在生產(chǎn)實(shí)踐中具有一定的工程實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1. 鈦合金套加工工藝分析

　　如圖1所示，一種薄壁鈦合金零件壁厚僅為1.8mm，內(nèi)孔的尺寸公差為0.1mm，內(nèi)外圓同軸度要求為φ 0.05mm，而且要求在薄壁套圓周上加工出36個寬度為0.6mm、長度為50mm的槽，零件材料為TC4，要求表面粗糙度值R a=1.6μm，不僅有較高的尺寸加工精度與形位公差要求，而且要求表面粗糙度值低，加工難度較大。

　　鈦合金材料在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其特點(diǎn)如下：①導(dǎo)熱系數(shù)低，切削溫度高，相同條件下，TC4的切削溫度比45鋼高出1倍多。②加工過程中刀具與切屑的接觸長度短，這樣單位接觸面積上的切削力就會加大，易使刀具崩刃。③由于鈦合金的切削變形系數(shù)接近于 1，所以切屑在前刀面的滑動摩擦路程就會增加，刀具磨損速度加快。④化學(xué)活性大，在加工表面容易產(chǎn)生表面變質(zhì)污染層， 使組織不均勻，嚴(yán)重?fù)p傷刀具，出現(xiàn)缺口、崩刃及剝落等現(xiàn)象。⑤由于鈦合金親和性大、切削溫度高，切削時粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，在切削過程中會引起粘結(jié)磨損。

　　由于薄壁鈦合金套的表面粗糙度值為R a=1.6μm，要求較高。同時，由于是型材管料，其外圓不需要加工，只需要拋光處理，所以要完成薄壁鈦合金套的加工，需要5個加工步驟：①粗車內(nèi)孔。②銑圓周36個寬度為0.6mm、長度為50mm的分布槽。③去除內(nèi)孔翻邊毛刺。④精車內(nèi)孔。⑤拋光外圓。

2. 內(nèi)孔的粗加工

　　由于薄壁鈦合金套的壁厚僅為1.8mm，所以粗車內(nèi)孔的裝夾方案選擇軟包爪，如圖2所示為焊接的銅軟包爪，在其尾部車有一個2mm的限位，限制薄壁鈦合金套長度方向的位置移動。

　　由于YT類硬質(zhì)合金車刀與鈦合金材料結(jié)合力強(qiáng)，容易發(fā)生粘結(jié)磨損，所以粗車內(nèi)孔的刀具選擇YG8硬質(zhì)合金車刀，刀具的主偏角95°，副偏角35°左右，前角6°，后角9°，切削參數(shù)為：v =70m/min，f =0.2mm/r，ap=1mm。圖3所示為加工實(shí)況，內(nèi)孔粗加工完成后，要給精加工留量0.15mm。

3. 圓周36個槽的加工

　　薄壁鈦合金套圓周上36個槽的加工，選擇在四軸立式加工中心上，利用分度頭通過一夾一頂?shù)难b夾方案，如圖4所示。裝夾時需要做一個心軸2，心軸的一端外圓被三爪自定心卡盤3卡住，另一端外圓有一個止口，并與薄壁鈦合金套筒4的一端內(nèi)孔間隙配合，配合間隙為0.02mm，薄壁鈦合金套的另一端內(nèi)孔與堵頭1的外圓間隙配合，配合間隙為0.02mm，堵頭的另一端端面中心鉆有中心孔，通過活頂尖5將其頂住。

　　銑槽加工時， 由于薄壁變形后應(yīng)力集中，容易造成槽寬變窄，所以應(yīng)使用厚度略大于槽寬的鋸片銑刀。這里刀具選用厚度為0.7mm、內(nèi)孔直徑為22mm、外圓直徑為60mm的高速鋼鋸片銑刀，齒數(shù)為72齒，其中直徑為22mm的內(nèi)孔與銑槽刀具的伸出軸間隙配合， 配合間隙為0.02mm，圖5所示為銑槽刀具。銑槽加工參數(shù)選擇為：n =100r/min，f =25～30mm/min，ap=2mm。背吃刀量=鋸片厚度，這里吃刀深度≥ 薄壁套的壁厚1.8mm，因?yàn)榻?jīng)過試驗(yàn)，如果不是一次切開而是分層切削，由于應(yīng)力集中，第二次進(jìn)刀就會在分層處造成刀具的崩刃甚至斷裂，同時加工效率大大降低，所以這里選擇ap=2mm。需要注意的是，鋸片銑刀沿鈦合金套筒套徑向進(jìn)刀時，背吃刀量ap≥薄壁套壁厚1.8mm，不要分層銑削，否則切開的薄壁套在開口處由于應(yīng)力集中，會使開口處產(chǎn)生變形，導(dǎo)致縮口，第2次進(jìn)刀鋸片銑刀不能順利進(jìn)刀，導(dǎo)致鋸片銑刀出現(xiàn)崩刃或斷裂，致使加工不能順利進(jìn)行。圖6所示為加工實(shí)況。

4. 內(nèi)孔毛刺的去除

　　薄壁鈦合金套內(nèi)孔銑削加工完成后，由于鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng)，容易粘刀，所以銑出的毛刺不會輕易斷掉，而是卷曲在內(nèi)孔的兩端，如圖7所示，所以需要將其去掉。采用的方法為利用尖嘴鉗將其逐一掰掉。由于掰掉后的內(nèi)孔還會留有去不掉的毛刺，所以粗加工時留下的0.15mm精加工余量正好在精加工時將其去除。

5. 內(nèi)孔的精加工

　　薄壁鈦合金套的內(nèi)孔精加工還是采用粗加工時的裝夾方案，即利用銅軟包爪裝夾外圓，利用內(nèi)孔精車刀精鏜內(nèi)孔。

　　鏜內(nèi)孔精車刀選擇陶瓷刀具，刀具主偏角95°，副偏角35°，主前角8°，后角 12°。切削參數(shù)如下：n =400r/m i n，v = 55m/m i n，f =0.15m m/r，ap=0.15mm。

6. 外圓的拋光加工

　　由于薄壁鈦合金套內(nèi)外圓毛坯比較規(guī)矩，外圓已經(jīng)達(dá)到了規(guī)定的尺寸要求，所以不需要單獨(dú)加工，但是表面粗糙度不是太理想，需要進(jìn)行外圓的拋光加工處理。外圓拋光也是選擇在數(shù)控車床上，通過三爪自定心卡盤與活頂尖一夾一頂?shù)难b夾方案。如圖8所示，心軸的一端裝夾在三爪自定心卡盤上，心軸的一端外圓與薄壁鈦合金套的一端內(nèi)孔間隙配合，配合間隙為0.02mm；薄壁鈦合金套的另一端內(nèi)孔與堵頭的外圓相配合，配合間隙也為0.02mm，活頂尖與堵頭的中心孔相配合。

　　拋光的時候， 先在薄壁鈦合金套的外壁涂一層專用拋光皂（見圖9），然后起動主軸，主軸轉(zhuǎn)速n =500r/min，利用拋光輪對其外圓進(jìn)行拋光處理。最終加工完成后的零件如圖

10所示。

7. 結(jié)語

　　鈦合金材料是典型的難加工材料之一，我們在工作中要理論結(jié)合實(shí)際，不斷積累加工經(jīng)驗(yàn)，針對具體問題制定出切實(shí)可行的鈦合金加工工藝方案。

　　本文對加工該類零件的設(shè)備、刀具、夾具、切削參數(shù)及其他一些工藝方法進(jìn)行歸納、總結(jié)和論證、應(yīng)用，以期更好地指導(dǎo)實(shí)踐中鈦合金的加工，文中的加工方法可能不是最佳方案，歡迎同行批評指正。

　　發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2016年14期26頁