薄膜上腔盖的加工改进

2013-06-18西安航空动力控制科技有限公司陕西710077王庆辉权晓宁张小青李航站

金属加工(冷加工) 2013年23期

西安航空动力控制科技有限公司（陕西 710077）王庆辉权晓宁张小青李航站

钛合金材料具有密度小、高比强度、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击震动等良好的综合性能，在航天航空产品中应用越来越广泛。但由于其导热系数低、塑性低、硬度高、弹性模量低、弹性变形大等特点，造成钛合金材料切削加工性差，加工周期长。本文通过某型号薄膜上腔盖车工工序的机械加工改进，从零件加工特征，加工路线安排，解决措施，刀具选择加工切削参数及编程技巧方面来论述，为以后加工此类钛合金提供一些借鉴。

一、问题提出

薄膜上腔盖是我分厂一个重要零件，如图1所示，加工周期长，薄壁易变形，给批生产带来很大难度。

该零件主要加工特征有：

（1）零件为模锻件，材料为TC6，硬度高，为33～38HRC。

（2）端面加工余量大，如图2所示，达到5mm之多，其外径处为断续，难于加工。

（3）成品零件壁厚最小处只有1.7mm，容易变形。

图1

图2

综上所述，如何有效去除余量，解决内型面加工刀具，薄壁易变形等问题成为制约生产的难题。

二、解决措施

1.合理加工，减少变形

为了减少零件加工变形，根据零件的加工特征，制定加工路线如下：

由于每道工序都为后续工序留有加工余量，能有效抵消零件加工中产生的变形，保证图样尺寸要求。

2.优化切削刀具和切削参数

刀具选择主要是加工端面刀具的选择：①第一次试选。根据钛合金材料和外形特点，决定用两把55°外圆仿形车刀来加工，刀具锋利，抗力会比较小。由于没有适合的刀片，选择sw30M刀片来试验，选择刀尖R=0.4mm，一把加工外径断续部分，一把加工连续部分。经过试验，效果不理想，主要是刀片材质不适合，磨损严重。②第二次试选：采用两把普通车刀，刀具材料为YG8来加工。由于零件锻件表面有硬化皮，刀刃干两、三个工件，就会产生崩刃现象，需要再次修磨刀具，浪费时间。③ 第三次选择：根据钛合金的加工特点，选择钛合金刀片材料KC730，选择刀尖角R=0.4mm的90°外圆粗车到加工断续部分，连续部分采用刀片材质为PR930，刀宽为3mm的外槽刀来加工连续部分。由于刀具锋利，加上冷却充分，满足加工要求。如图3所示。

在初中物理教材中，很多知识点和结论都是建立在物理实验的基础上所得来的。但是在传统的教育模式下，很多教师都仅仅重视对实验过程的描述和结论的讲解，并没有带领学生亲自动手进行实验操作，使得学生只能靠听讲的方式掌握实验的过程和内容。这样的教学方式已经不适用于新课改。因此，在现代教育的背景下，初中物理教师应该将教学的重心向实验教学转移，提高实验教学的课程比例，为学生提供更多自己动手探究物理知识的机会和空间。这样的教学方式有利于使学生通过更加直观的渠道掌握物理知识。

图3

切削参数选择：在加工的过程中，选择合适的切削参数，不仅可以提高效率，也可以降低消耗。

开始加工时，90°外圆刀切削参数：n=180r/min，f=0.1mm/r，ap=0.8mm，外槽刀切削参数：n=80r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm，两刀切除，加工一件活需要35min。为了提高效率，对切削参数进行适当调整，采用低转速大进给的加工原则，优化90°外圆刀切削参数为：n=100r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm，外槽刀切削参数：n=500r/min，v=40mm/min，f=0.15mm/r，ap=2.5mm，去除余量时间减少到15min。

编程技巧：采用G71加工断续部分，并且断续起刀点降到断续面内，便于第一刀刀片能多接触，提高刀片寿命。连续部分用G75指令，每次径向切深10mm，退0.6mm，便于冷却，最终取得较好的加工效果。

刀具选择：采用端面槽刀25mm×25mm来加工内型面。优点是可以节省刀位和时间。此外，刀具刚性好，并且槽刀刀片锋利，不容易产生积屑瘤。刀片材质PR930，刀宽2.5mm。

图4

图5

切削参数：端面槽刀切削参数：n=200r/min，f=0.08mm/r，ap=2mm；12mm×12mm槽刀参数为：n=280r/min，f=0.08mm/r，ap=1.8mm；镗孔刀φ12mm切削参数：n=350r/min，f=0.08mm/r，ap=1.5mm。

内腔的粗加工主要采用外槽刀来加工端面槽，刚性好，并且使用数控标准刀具，节省成本，加工调整方便。

（3）内腔型面精加工（见图6）。

精加工，保证总长（11±0.05）mm，保证型面壁厚（2.1±0.4）mm和其他所有尺寸。

刀具选择主要是型面粗、精加工刀具的选择：粗加工型面采用20mm×20mm－K3外槽刀来加工，如图7所示。刀具刀片要修磨，根据零件度数10°±30′，切削刃要磨成斜面，比加工度数大一些。优点：刀具锋利，抗力小，刚性好，可以大进给，调整方便。

图6

图7

精加工型面，10°和圆弧限制了刀具，并且型面最深处达8.2mm，刀具选择不好，精加工型面时容易产生振颤。后要经过抛研才能使用，费时费力。有没有适合加工的刀具，经过试验查找，用30°外圆仿形车刀横向装来精加工型面解决了这一难题。

优点：刚性好，刀具锋利。

把10°型面一分为二，粗加工切削参数为：外：n=180r/min，f=0.1mm/r，ap=2mm。内：转速改变n=280r/min，其他不变。精加工型面切削参数：外：n=200r/min，f=0.06mm/r，ap=0.3mm。内：转速改变n=300r/min，其他不变。

编程技巧：外槽刀粗加工10°型面时，用G71编程，在刀具不干涉的情况下取型面一点为程序起刀点，先加工一环形槽，采用先外后内向两边加工型面。

精加工10°型面时，采用两个相交的起刀点，加工时采用两个刀补，因为零件型面弹性变形回弹力不一样，在实际干活中要根据加工情况修改刀补，直到内外型面相接比较平滑为止。精车顺序和粗车一样，先外后内，采用这样的方法，加工方便，尺寸容易保证，刀具刚性好，零件不容易变形。

（4）左端面合并加工原来工艺夹头在精车完内型面后工艺安排要用线切割割掉，并且在左端面要加工一个台阶孔和内螺纹，如图8所示。

线切割加工时候不能走的太快，时间比较长，所以通过自磨高速钢内槽刀来切除工艺夹头。台阶面加工用φ5mm内槽刀粗加工。由于台阶深只有1mm，这样加工可以避免薄壁变形，Z向不受力，加工效率高。最后用φ8mm镗刀精加工，从里向外，能有效减少振动。螺纹底孔用另外一把刀来加工，这样下来就减少了不必要的加工时间。