摘要：本文對復(fù)雜型面的鈦合金零件加工工藝進(jìn)行了分析,，通過合理的夾具設(shè)計,、專用成形刀具的設(shè)計制作以及機(jī)床及夾具的調(diào)整，圓滿地完成了型腔的加工,，保證了零件的設(shè)計公差要求,。
本次銑削任務(wù)源自于某飛行器翼面裝配弧面及定位槽的銑削加工成形，加工材料為TC4（鈦合金）,。該零件形狀復(fù)雜,，材料切削性能差，裝夾要求高,，為了保證加工質(zhì)量,，提高加工效率，對其生產(chǎn)過程做了以下分析。
鈦合金的切削特點(diǎn)如下：①變形系數(shù)小,。切屑在前刀面上滑動摩擦的路程增大,，加速刀具磨損。②切削溫度高,。由于鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)較小,切屑與前刀面的接觸長度短,，切削熱不易傳出，集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小范圍內(nèi),，切削溫度較高,。相同切削條件下，切削溫度比切削45鋼時高出一倍以上,。③單位面積切削力大,。雖然主切削力比切削鋼時約小20%，但由于切屑與前刀面的接觸長度短,，單位接觸面積上的切削力大幅增加,，易造成崩刃。同時,，由于鈦合金的彈性模量小,，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生彎曲變形，引起振動,，加大刀具磨損并影響零件精度,。因此，要求工藝系統(tǒng)應(yīng)具有較好的剛性,。④冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重,。由于鈦化學(xué)活性大，在高的切削溫度下,，極易吸收空氣中的氧和氮而形成硬而脆的外皮,；同時切削過程中產(chǎn)生的塑性變形也會造成表面硬化。冷硬現(xiàn)象不僅會降低零件的疲勞強(qiáng)度,，還會加劇刀具磨損,，是切削鈦合金時的一個很重要的特點(diǎn)。⑤刀具易磨損,。鈦合金對刀具材料的化學(xué)親和性強(qiáng),，在高切削溫度以及單位面積大切削力的條件下，刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損,。
加工鈦合金的刀具材料可選用硬質(zhì)合金刀具或高速鋼刀具,，根據(jù)鈦合金的切削特點(diǎn)，在刀具結(jié)構(gòu)參數(shù)要求上,，采取了以下措施：①選用硬質(zhì)合金刀具時,，為避免切削時工件與刀具中的鈦元素發(fā)生親和,，不宜采用Y T類硬質(zhì)合金和涂層刀片，應(yīng)采用YG類,、YH類合金,；為提高切削刃強(qiáng)度并改善散熱條件，銑刀前角γo=0°～5°,，后角αo=4°～10°,，刀尖圓弧半徑控制在0.5mm；硬質(zhì)合金銑刀切削參數(shù)應(yīng)按以下原則選用：切削速度v=12～15m/min,，進(jìn)給速度vf=20～75mm/min,。②選用高速鋼刀具時，切削速度v=6～30m/min,，進(jìn)給速度vf= 20～60mm/min,。
切削液使用大量極壓乳化液,，潤滑好,，冷卻效果佳。
考慮到工藝系統(tǒng)剛度要好,，刀具懸伸量較小,，以防切削振動。加工工藝過程如表1所示,。
切削參數(shù)如表2所示,。
按加工飛行器翼面的弧面要求，翼面弧面R104.9mm與彈艙外殼弧面相吻合,。傳統(tǒng)的工藝方法是采用臥式鏜床加工,，但是，經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)：這種加工方法的生產(chǎn)效率極低,，一天只能加工4～5件,，影響整體進(jìn)度需求。為此,，需通過對銑刀進(jìn)行改制（見圖1）,，變更工藝路線，以銑代鏜來加工弧面R104.9mm,。改正加工方法后,，生產(chǎn)效率提高5倍多，每天可加工20～25件,，不僅保證了用戶的時間進(jìn)度要求,，同時成功探究出一條以銑代鏜的工藝路線。
表1 加工工藝流程
工序 加工內(nèi)容 刀具 裝夾方法1 銑削弧面 φ22mm硬質(zhì)合金立銑刀 壓板裝夾2 銑削定位槽 φ60mm硬質(zhì)合金三刃面銑刀 壓板定位裝夾
表2 刀具切削參數(shù)
切削參數(shù)刀具 切削速度v/（m·min-1） 進(jìn)給速度vf/（mm·min-1） 背吃刀量af/mm硬質(zhì)合金 14 45 3高速鋼 15 30 5
翼面定位槽的加工,，槽深21.1mm,，槽長280mm,，槽寬6+0.0750 mm。槽用于翼面與飛行器艙體的裝配定位,，須保證槽底尺寸R30mm,，市場上無法購買到需要的銑刀，自制一把特殊的帶柄硬質(zhì)合金三面刃銑刀（見圖2）,，刀柄直徑16mm,，銑刀直徑60 mm，厚度5mm,，刀頭的材料選擇YG類,，銑刀前角γo=3°，后角αo=8°,，刀尖圓弧半徑為0.5mm,，可以很好地保證槽底尺寸R30mm的精度要求。
圖 1
圖2 帶柄硬質(zhì)合金三面刃銑刀
由于翼面的兩面是斜面,，必須選擇專用夾具進(jìn)行裝夾,，所以自制一個專用夾具（見圖3）。夾具設(shè)計要點(diǎn)：夾具體要承受較大的切削力,，因此要有足夠的強(qiáng)度,、剛度和穩(wěn)定性。夾具體的安裝面應(yīng)足夠大,，且盡可能做成周邊接觸的形式,。銑床夾具通常通過定位鍵與銑床工作臺T形槽的配合來確定夾具在機(jī)床上的位置。定位鍵與夾具體配合多采用H7/h6,。為了提高夾具的安裝精度,，定位鍵的下部(與工作臺T形槽配合部分)可留有余量進(jìn)行修配，或在安裝夾具時使定位鍵一側(cè)與工作臺T形槽靠緊,，以消除間隙的影響,。銑床夾具在夾具體上設(shè)有耳座，并通過螺栓將夾具牢固地緊固在機(jī)床工作臺的T形槽中,。
圖3 自制專用夾具
根據(jù)圖樣要求,，為保證零件的加工精度，需調(diào)整銑頭與工作臺面不垂直度,，通過實(shí)測,，立銑頭與工作臺面不垂直度誤差0.1mm/300mm。通過計算調(diào)整,，確保了立銑頭角度,，使其與工件臺面的不垂直度誤差控制在0.02mm/300mm以內(nèi)，通過用百分表校正兩點(diǎn),，如圖3所示,，使其與工作臺面平行,，并用四塊壓板，壓緊工件進(jìn)行銑削加工,。加工時,，通過用杠桿表校正，控制6mm槽與20mm不對稱度,，使其達(dá)到0.03mm以內(nèi),，保證了槽寬和基準(zhǔn)面的不對稱度，從而使零件達(dá)到圖樣要求,。
該零件形狀不規(guī)則,、裝夾困難、公差要求高,、材料切削性能差,、部分型腔加工困難且無現(xiàn)成刀具。通過合理的夾具設(shè)計,、專用成形刀具的設(shè)計制作以及機(jī)床及夾具的調(diào)整,，圓滿地完成了型腔的加工，保證了零件的設(shè)計公差要求,。針對生產(chǎn)效率低,、不能保證及時交貨的情況,，通過對刀具的改制,，以銑代鏜，合理地改變了工藝路線,，在保證零件公差要求的同時,，提高了生產(chǎn)效率，保證了零件的加工精度要求,。