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鈦合金法蘭盤加工技術

作者:鑫旺鈦業 來源:寶雞鈦產業研究院 日期:2018-06-30 09:55:02 人氣:350

摘要:某法蘭盤為鈦合金零件,零件材料牌號為DMD0776相當于國產牌號TC6,由于零件結構自身較為復雜,且有特種工藝噴丸工序,給工藝的合理安排增加了難度。因此,在實際加工中,必須要經過多次試加工,對檢驗結果進行數據分析、工藝改進等技術措施解決零件在加工過程中變形等問題。本文著重論述了零件加工的整個過程以及關鍵問題的解決方法和措施。

  引言

  法蘭件是發動機上的重要部件,材料為DMD0776,屬于鈦合金系列;零件尺寸公差嚴,圓周方向上共96個孔,其中有24個孔公差為Ф6.35+0.015,且孔相對于基準A,B,C的位置度為0.1mm;零件加工過程變形較大,機械加工過程中零件受溫度影響嚴重,噴丸前后,零件狀態也有較大的差異,是整個新件研制過程中的一道難關。

  材料特性分析

  鈦合金在DMD0776規范中規定為TA6,屬于α型合金,組織穩定,但不能進行熱處理強化,室溫強度不高。不含β穩定元素,抗拉強度為736~981Mpa,塑性較好。

  法蘭件工藝路線

  經工藝評審工藝路線安排如下: 毛料―修基準―半精車后端―半精車前端型面―腐蝕檢查―標印―加工內圈孔及花邊―去毛刺―精車前端―去毛刺―精車后端―加工外圈孔及槽―去毛刺―加工后端面槽―去毛刺―熒光檢查―清洗―修整表面―噴丸―去污染―最終檢驗

  關鍵尺寸及加工難點

 ?、侑?.35+0.015孔及孔位置度0.1mm;

 ?、谄矫娑?.03mm;

 ?、?5.9±0.075mm;

 ?、?1±0.1,9.7±0.1mm;

  車加工工藝分析

 ?、俅周嚰鞍刖嚬に嚕簛砹蠣顟B為鈦合金鍛件穩定處理后的零件表面作為修基準工序的基準,且使用數控臥車進行加工,因此使用了小余量修基準,保證技術條件即平面度和光整加工的加工方法,這種辦法既保證了零件的平面度,又保證了零件的表面粗糙度。

 ?、诰嚬に嚕翰粌H沿用了半精車時的光整加工,而且通過實驗跟蹤零件變形的趨勢,找到了零件由于材料軟,加工中受刀具作用產生塑性變形,尺寸不能滿足圖紙要求的規律,并在程序中進行控制,保證圖紙尺寸要求,程序控制見圖2,在程序中增加兩條斜線,保證尺寸5±0.1mm等厚。

  機械加工余量分析

  該材料屬于難加工材料,往往加工硬化趨勢強,高溫強度高,使其加工性變得更差了。鈦合金材料導熱性差,致使切削溫度很高,降低了刀具耐用度;600℃以上溫度時,表面形成氧化硬層,對刀具有強烈的磨損作用;塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑與前刀面接觸長度很小,前刀面上應力很大,刀刃易發生破損;彈性模量低,彈性變形大,接近后刀面處工件表面回彈量大,所以已加工表面與后刀面的接觸面積大,磨損嚴重。因此根據國外一些技術資料,對本零件銑加工采用以下方案:

 ?、巽娤魉俣炔灰诉^高:由于鈦合金的強度高、粘性大,切削中更容易在切削區產生和積聚熱量,加之導熱性差,在大切除量的銑削時,如果銑削速度過高,有引起燃燒的危險,因此本零件使用120m/min。

 ?、趪L試較大的切深:提高加工效率可以用加大切深的方法獲得,在銑削加工時,程序中每次切深達到6mm。

 ?、勖魁X進給量宜適中:鈦合金切削溫度高,同時存在加工硬化的問題。每齒進給過大,則切削力過大而導致切削溫度過高而燒刀;而每齒進給量過小,則因刀刃始終在加工硬化層中工作而磨損過快,因此采用每齒進給量為0.08-0.1mm。

 ?、懿捎庙樸姡簩樸姸?,刀齒一開始切入就碰到硬皮而容易導致刀具破損;但由于逆銑切削是由薄到厚,在最初切入時刀具易與工件發生干摩擦,加重了刀具的粘屑和崩刃,就鈦合金而言,后一矛盾就更為突出,因此在本零件加工過程中,均采用順銑。

  鉆孔刀具的選用

  本零件孔徑、孔深均要求不高,機床主軸跳動小,且表面粗糙度要求高,因此選用整體式合金鉆頭,針對鈦合金熱量不易排除,選用內冷刀具,并選用切刃鋒利的鉆頭,使孔的加工非常容易。

  噴丸后變形的解決方案

  由于零件結構與噴丸之間的特殊關系,噴丸后零件存在變形,對公差較大的尺寸影響不大,對公差嚴且直接受噴丸影響的尺寸影響嚴重,主要影響的尺寸有:

 ?、侑?.35+0.015孔位置度0.1mm:噴丸前孔位置度控制在0.1mm以內,噴丸后孔位置度即有嚴重超差的零件;

 ?、讧?.35+0.015孔徑,由于孔內噴丸,孔公差又嚴,因此在噴丸后零件超差較為嚴重;

 ?、?1±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm等尺寸均有微小變化,但若工序尺寸加工到了極限,這微小變化足以讓零件超差;

  針對以上問題,做了以下工作使問題得到解決:

  三坐標測量機檢測噴丸前后孔的位置度,找到零件在噴丸后的變形趨勢,通過試驗將程序更改,給噴丸變形留出余量,得到了較好的效果,同時對工序中的孔位置度公差進行縮嚴,給噴丸后的孔位置度留有變形量;在工序加工中,將零件的孔位置控制在R211.98理論極徑處,給噴丸留0.02的余量,噴丸后,零件變形后,孔位置在R212理論極徑處,位置度恰好在合格范圍內;變化趨勢見圖4。

  通過對比數據找到零件的變形趨勢,噴丸時使用專用夾具對零件內環進行固定,在對外環噴丸時,不能使整個零件產生較大變形。通過以上控制,孔位置度得到了很好的控制。

  通過噴丸前后孔徑的數據對比,將零件孔徑在噴丸前后的變化規律找到,通過工序的機械加工進行控制。

  11±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm等尺寸在工序中若加工到極限,在噴丸后,尺寸容易超差。將工序中的這三個尺寸均縮嚴至11±0.05mm,15.9+0.075mm,9.7±0.05mm,給噴丸留有足夠的余量,噴丸后,零件變化后,既能保證尺寸11±0.1mm,15.9±0.075mm,9.7±0.1mm在公差范圍內。

  以上控制方案即找到噴丸前后變化規律,使用機加辦法控制最終尺寸,且滿足圖紙的公差要求。采用該加工工藝路線和調整的參數后,零件終檢一次合格,最終得到客戶的質量認證。

  結論

  該零件的加工工藝以及中間控制過程,完全保證了零件的合格性,加工出的成品零件完全符合設計圖紙的要求,成型工藝以及成品零件通過了最終的驗收,取得了機械加工控制及特種工藝的突破。


    標簽:鈦合金 法蘭
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