弱刚性钛合金薄片零件加工工艺研究

石含关

(中国工程物理研究院 机械制造工艺研究所，四川 绵阳 621900)

0 引 言

钛合金具有比强度高、耐腐蚀、耐高温以及良好的生物兼容性等诸多优良的材料特性，在航空、航天、医疗等国防和民用领域应用广泛[1]。但钛合金同时也具有导热系数小、弹性模量低、化学活性高等特点，是典型的难加工材料[2-3]。薄片状零件是典型的弱刚性零件，其加工过程极易变形，且受材料特性影响显著。针对弱刚性钛合金薄片零件开展研究，分析其结构特点和加工难点，探索最优工艺方案，从而实现满足设计要求的高质量加工。

1 零件分析

图1 零件设计示意图

2 前期工艺探索

2.1 传统车削方式

图2 传统车削方法加工效果图

图3 经修锉毛刺后效果图

2.2 冲模冲孔一次成形

3 优化工艺方案

通过前期工艺方法探索发现，仅采用传统车削或者冲模+钻削的方式，都难以满足要求。针对上述工艺探索中发现的问题，采取相应措施进行改善，结合不同加工方式的优点，通过选择合适刀具、设计胎具和装夹方式等，得出一条优化工艺路线，即冲模成形外圆+钻、铰中心孔的复合加工方案。首先采用冲模成形外圆，调整间隙保证外圆一致性及圆柱度、轮廓度要求，然后采用车床进行引中心孔、扩孔以及精加工铰孔。

3.1 刀具的选择

钻头需具有良好的切削性能，由于孔径较小，微孔孔壁和圆度要求高，钻头需保持锋利，还应具有足够的刚性。因此选用硬质合金钻头，要求钻头两切削刃之间的夹角≤120°，后角在5°～8°之间。

3.2 胎具和装夹要求

由前期探索可知，微孔孔口毛刺后处理极为困难，且合格率、效率低，为减小出口毛刺，设计了专用胎具，避免去毛刺后处理工序。胎具设计图及其工作原理示意图如图4所示。胎具定位面在装夹前完成最后精加工，尽量减少胎具所带来的误差。装夹工件时，确保工件基准面与胎具定位面重合、无间隙，目的是消除形成毛刺的空间，从而抑制其形成。加工下一件工件前，应将加工上一件时在胎具上留下的小孔去除，重新精加工定位面，然后再进行新工件装夹。

图4 胎具设计及其工作原理示意图

3.3 工艺流程及相关注意事项

3.4 微孔光检分析

4 总结与展望

通过分析弱刚性钛合金薄片零件的加工难点，探索了传统车削、冲模+钻孔两种不同加工工艺方案，针对发现的问题提出了冲模+车削的优化工艺方案。通过胎具设计简化了零件装夹过程、抑制了出口毛刺形成，从而避免了难度大、效率低、成品率低的毛刺后处理工序，使得产品加工效率、稳定性得到显著提升，产品合格率达到90%。