钛合金加工工艺技术研究_李富长

钛合金加工工艺技术研究

李富长,宋祖铭,杨典军

(南京机电液压工程研究中心,江苏南京211102)

摘　要:钛合金材料是目前较难加工的材料之一,因其热传导系数小、比热低、化学性能活泼等特点,给机械加工带来一定的难度。本文通过某产品钛合金摇臂的工艺性及工艺难点分析,并通过工装、刀具、冷却液、切削参数等方面分析和选择,总结出钛合金加工的普遍原则。

关键词:钛合金加工;加工难点;加工方法

中图分类号:TG146.23 文献标志码:B

Research on Titanium Alloy Machining Technology

LI F uchang,SON G Zuming,Y A NG Dianjun

(N anjing Engineering Institute of A ircraft Sy stems,Nanjing211102,China)

A bstract:Titanium alloy material is hard to process.T he machining of titanium alloy material is quite challenging due to its small the rmal co nductivity,low specific heat and active chemical proper ty features,etc.T his a rticle analy ze s the manu-facturability and technical challenges w hen machining tita nium allo y rocker arm fo r so me aviation pro ducts,a nd then sum-ma rizes the g ener al principle s fo r titanium alloy machining based on analysis and selection of too l,fix tur es,co olant,cutting pa rameters,etc.

Key words:T itanium alloy machining,M achining challenges,M achining me tho ds

钛合金以其质量轻、强度高、力学性能及抗蚀性能良好而成为飞机及发动机理想的制造材料,特别是未来新型战机将大量使用钛合金,这有助于提高飞机的耐热性、减轻机体质量、增大机体强度。但由于钛合金材料导热系数低、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,长期以来在很大程度上制约了它的应用。

本文通过介绍某型号方向舵机中输出摇臂的机械加工,通过工艺难点分析、工装、刀具、冷却液的选择等几方面对钛合金加工进行阐述,为今后钛合金材料零件的加工提供借鉴。

1　工艺性分析

该零件为某型号方向舵机中输出摇臂(零件示意图见图1),该零件主要加工特性有:1)零件为模锻件,材料为TC6;2)零件外形复杂,不规则;3)内部加工难点是一处内孔18+0.02

　0mm,长120±0.05

mm,为基准孔;4)4处不连续的10+0.016

　0mm孔,最长孔70mm;5)1处6+0.013

　0mm,长60mm的不连续孔,内孔表面粗糙度为0.8μm,各孔同轴度允差0.04mm,相对基准A平行度允差0.05m m。

由于钛合金材料强度高,导热系数低,因此在切削加工过程中,易于在切削区域形成高温,散热慢,不利于热平衡,散热和冷却效果很差,加工后零件变形回弹大,易引起变形。为了阻止变形对加工精度的影响,必须合理安排工艺路线,采用合理的刀具及切削参数,并要采取热处理(人工时效,消除加工应力)措施。根据对零件材料性质、设计要求和加工要素的分析,确定加工流程见图2。

粗加工阶段,主要是为了加工定位基准面(孔),对精度要求不高的外部轮廓直接加工到图样要求的尺寸;精度要求高的孔(如18+0.02

　0m m孔、 10+0.016

　0

m m孔、6+0.013

　0mm孔)和平面(如两端面)留有余量,待精加工完成。粗加工阶段以后,安排热处理工序(人工时效,消除加工应力),目的是消除粗加工阶段产生的加工应力。精加工阶段主要采用加工中心、座标镗、平磨、研磨等精加工工序完成零件的加工。

2　工艺难点及解决措施

2.1　工艺难点

1)钛合金的切削加工性比较差,主要因为:

a.导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度;

b.加工表面温度达到600℃以上时,零件表面形成氧化硬层(硬化层厚度约为0.1～0.15m m),对刀具有强烈的磨损作用;

c.塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面接触长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易发生破损;

d.弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件表面回弹量大,所以已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重。钛合金切削过程中的这些特点使其加

工变得十分困难,导致加工效率低,刀具消耗大;

2)摇臂外形复杂,不规则,多个侧耳相互不连续,相当于多处深槽的加工,加工时易造成零件变形。

3)由图1摇臂零件图可以看出,该零件形状复杂,10+0.016

　0m m孔、 6+0.013

　0m m孔相对基准孔

18+0.02

　0mm平行度允差为0.05mm,6+0.013

　0mm 孔相对基准B同轴度允差为0.04m m,同时

10+0.016

　0mm孔也要同轴,需二次装夹定位才能完成,二次装夹会造成基准不重合,基准位移偏差。2.2　解决措施

1)针对钛合金材料的性质和切削过程的特点,加工时应考虑以下措施:

a.尽可能使用硬质合金刀具,如钨钴类硬质合金与钛合金化学亲和力小、导热性好、强度也较高;

b.采用较小的前角和较大的后角以增大切屑与前刀面的接触长度,并减小工件与后刀面的摩擦,刀尖采用圆弧过渡刃,以提高强度,避免刀尖烧损和崩刃;

c.要保持刀刃锋利,以保证排屑流畅,避免粘屑崩刃

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