新結(jié)構(gòu)鈦合金薄壁低壓軸工藝研究

1、研究目標(biāo)

1.1 設(shè)計(jì)要求

低壓軸材料為難加工的鈦合金TC11，零件位置非常重要，尺寸和技術(shù)條件多，精度要求高，很多技術(shù)條件都在0.02mm以內(nèi)，與軸承配合部位尺寸公差僅為0.01mm，圓柱度0.008mm，零件壁薄，加工中易變形，尺寸和技術(shù)條件難以控制，不好保證。我們以前從未加工過類似結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)軸頸零件，沒有可借鑒的加工經(jīng)驗(yàn)。零件三維圖如圖1所示。

1.2 材料切削特點(diǎn)

低壓軸零件材料為鈦合金TC11，屬難加工材料，切削加工性差，加工效率低，刀具磨損大。

鈦合金切削加工性差的原因：

（1）導(dǎo)熱系數(shù)小，切削溫度高。

（2）切屑與刀具切削刃的接觸長(zhǎng)度短，刀尖應(yīng)力大。

（3）磨擦系數(shù)大，磨擦速度高。

（4）鈦和鈦合金在高溫時(shí)化學(xué)活性高，使刀具磨損加劇。

（5）彈性模量小，屈服比大。

1.3 鈦合金薄壁件車削加工特點(diǎn)

（1）材料組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致機(jī)械加工中可加工性差；

（2）加工過程中切削溫度高、刀具磨損快；

（3）材料加工切削用量不易控制；

（4）零件尺寸精度和形位公差不易保證；

（5）零件加工中易變形；

（6）夾緊易變形。

2、主要加工面的加工過程

2.1 內(nèi)腔型面的加工

精加工大端內(nèi)型面時(shí)，以小端外圓和中部端面為基準(zhǔn)，加工前找正工序基準(zhǔn)，此工序在數(shù)控車床加工，由于加工行程較長(zhǎng)，為保證尺寸精度分三段程序進(jìn)行：第一段先加工大端，其次再加工內(nèi)止口和內(nèi)腹板面，最后在內(nèi)腹板與內(nèi)孔轉(zhuǎn)接R20處進(jìn)行弧轉(zhuǎn)接加工內(nèi)孔，此處內(nèi)孔應(yīng)提高加工尺寸精度，以作為后續(xù)工序的夾具定位基準(zhǔn)。

2.2 外型面及小端內(nèi)孔的加工

該加工階段先加工小端內(nèi)孔，設(shè)計(jì)專用精車夾具以已加工完的大端面為定位基準(zhǔn)，漲緊大端內(nèi)孔，壓板壓緊大端外側(cè)安裝邊，為提高零件加工系統(tǒng)剛性，可用中心架作為輔助支撐，支撐小端外圓中部。加工前找正基準(zhǔn)，因?yàn)榧庸さ膬?nèi)孔長(zhǎng)度在300mm左右，考慮到刀桿的裝夾，所以需要的刀桿的長(zhǎng)度至少在350mm左右，加工時(shí)設(shè)計(jì)專用刀桿，刀桿必須具有防震和高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)。此工序選用大前角55°帶有涂層的硬質(zhì)合金菱形機(jī)加刀片，由于此內(nèi)孔直徑僅為58mm，而刀桿直徑為48mm，所以加工過程中鐵屑無法或很難排除，所有的鐵屑都纏繞在了到刀頭上了，在刀桿向孔內(nèi)走刀時(shí)鐵屑擠在刀桿和已加工完成的零件表面，致使刀桿受到與加工表面相反方向的力，產(chǎn)生讓刀現(xiàn)象 ，即加工表面的直徑尺寸越往內(nèi)孔深處，尺寸越小，實(shí)際加工驗(yàn)證表明最大時(shí)可相差0.7mm，如果這樣加工，最后的設(shè)計(jì)尺寸肯定無法保證，而且表面粗糙度也不好。經(jīng)反復(fù)研究并試驗(yàn)，改變走刀方向，即當(dāng)從孔深處向零件端面方向走刀，這樣加工零件產(chǎn)生的鐵屑被留在了已加工表面，被高壓冷卻液沖走，不會(huì)存在在鐵屑擠在刀桿和零件之間而產(chǎn)生的讓刀現(xiàn)象。

　　在加工外型面時(shí)，安裝上夾具上的拉桿，用壓蓋壓緊小端面，卸下中心架。加工前先找正夾具定位表面，以大端面、內(nèi)孔為基準(zhǔn)，壓緊小端面，加工前找正零件基準(zhǔn)再加工。整個(gè)外型面長(zhǎng)度為650.8mm，外圓尺寸和技術(shù)條件多且要求比較嚴(yán)。外型面部分尺寸精車加工后留余量磨加工，同樣在數(shù)控車床進(jìn)行精加工，外圓與軸承配合尺寸較精，精車后再進(jìn)行磨加工，精車給磨加工單邊留余量0.1mm～0.2mm，保證配合尺寸和技術(shù)條件。由于零件外型面長(zhǎng)度較長(zhǎng)，編制數(shù)控程序時(shí)，根據(jù)尺寸精度等要求編制多段程序。

2.3 外圓的磨加工

磨加工外圓在高精度外圓磨床上進(jìn)行，需設(shè)計(jì)專用磨床夾具，該夾具為芯軸結(jié)構(gòu)，一側(cè)有定位環(huán)，用于限制零件定位止口，另一側(cè)的塞子定位小端內(nèi)孔椎度，夾具兩側(cè)帶有頂尖孔。磨加工前仍需找正零件，再磨加工外圓，加工時(shí)上刀量不能過大，一般為0.005mm～0.01mm，以防止零件竄動(dòng)。

3、結(jié)語

經(jīng)過進(jìn)行低壓軸工藝的分析研究，從而優(yōu)化了工藝路線、加工方法，結(jié)果表明工藝路線、加工方法可行，長(zhǎng)軸軸頸零件是我們公司首次加工此類零件，其研制的成功填補(bǔ)了我公司的此類零件加工技術(shù)的空白，為其它長(zhǎng)軸類軸頸零件的機(jī)械加工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。