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鈦合金高精度大批量墊片的車削工藝

來源:   發(fā)布時間:2020-02-09   點擊量:653


 

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品可靠性要求的不斷提高,產(chǎn)品裝配調(diào)試需求鈦合金墊片也越來越多。這類環(huán)形片狀墊片的結(jié)構(gòu)雖然簡單,其厚度在0.70.4mm之間,其表面質(zhì)量和幾何形狀精度要求較高,由于其自身剛性差以及鈦合金材料的難加工性,使得墊片的加工精度很難保證。本文通過對鈦合金墊片的車削過程控制,并在實踐證明該車削工藝有效地解決了鈦合金高精度大批量墊片質(zhì)量控制問題。

 

1.車削墊片的工藝分析

 

材料為鈦合金,用通常的卡盤夾緊車削的加工方法是無法保證零件的精度要求。此零件為環(huán)形薄片零件,加工難度有三點:一是如何解決鈦合金材料的刀具問題;二是如何保證零件的加工尺寸精度及形位公差;三是如何保證大批量生產(chǎn)。

 

 

 

2.目前車削鈦合金墊片存在問題:

 

1)鈦合金屬于難加材料,使用普通刀具車削鈦合金材料,刀具磨損快,表面粗糙度差,精度無法保證。

 

2)在切削力的擠壓作用下導(dǎo)致零件變形,特別是背向力的作用使墊片受到擠壓作用使其變形,直接影響墊片的尺寸精度及形位公差。

 

3)墊片剛性差,壁超薄,強度低,在切削過程中容易產(chǎn)生振動使其變形。由于每次車削時,其內(nèi)部應(yīng)力的釋放使其彎曲、扭曲變形。

 

4)裝夾方式及夾緊力變形。由于墊片壁超薄,如果采用徑向夾緊,受徑向力的作用使零件產(chǎn)生彈性變形。

 

5)切削熱變形。由于墊片材料為鈦合金,其強度高不易車削,切削熱集中于刀尖部位,刀具高溫硬度、強度受到影響,刀尖磨損加劇,熱量集中使墊片變形,特別是在車削端面時,超薄墊片片零件因單面受熱,在左右端面間形成溫差而變形,造成的幾何形狀誤差非常明顯,從而影響零件的加工精度。

 

6)切削用量引起的變形。合理選擇切削用量能夠有效的減小切削力,從而減小零件變形。

 

7)鈦合金原材料均采用鈦棒加工,目前墊片的制造方法是采用高精度數(shù)控線切割設(shè)備,使用“慢走絲”加工,這種加工方法的缺點是制造周期長,生產(chǎn)效率低,制造成本高,滿足不了批量生產(chǎn)需求。

 

3.解決措施

 

1)針對鈦合金難材料,進行了大量的試驗及總結(jié):①刀具材料的選擇。應(yīng)盡可能采用硬質(zhì)合金刀具,并應(yīng)選用與鈦合金親和力較小的YG類硬質(zhì)合金。如為斷續(xù)切削或有沖擊時,也可采用高速鋼刀具(W2Mo9Cr4VCo8),或采用超細顆粒的硬質(zhì)合金(如YG10HYG8W等)。②合理選擇刀具幾何參數(shù)。刀具的磨損,刀鈍會使零件主切削抗力增大,造成墊片變形,刀具切削刃太鋒利雖然有利于切削,但刀具強度較低,刀具易于磨損,反而使切削力增大,同樣使零件變形,通過反復(fù)加工實踐,在精加工時,前角取γ0=15°~20°,后角取α0=8°~12°。③切削用量的選擇。選用較低的切削速度及較大的進給量和切削深度。用硬質(zhì)合金車刀車削時,可取s=0.10.3mm/r;粗加工時切削深度一定要大于氧化皮的深度。

 

2)選擇合理的裝夾方式,采用軸向壓緊,減小工件的幾何形狀誤差,夾緊力不宜過大,以免工件變形。

 

3)細化加工工序,減小墊片變形。墊片加工過程分段進行,粗、精加工分開進行,避免工序集中,消除精加工時切削力較大引起的變形,粗車后零件通過熱處理時效消除殘余應(yīng)力,減小零件的應(yīng)力變形。

 

4)合理選擇切削參數(shù)。合理選擇切削參數(shù),在有效保證零件加工精度的情況下,提高加工效率。根據(jù)經(jīng)驗及加工實踐,精加工時切削速度V=50m/min,進給量f=0.060.1mm/r,零件越薄進給量要越小,背吃刀量ap=0.050.1mm.

 

5)選擇切削液,采用濕加工降低切削區(qū)溫度,提高表面質(zhì)量,延長刀具壽命。一般應(yīng)選用極壓乳化液來冷卻,流量應(yīng)充足。充分使用切削液進行冷卻,防止零件熱變形,防止由于熱量集中。

 

6)設(shè)計合理的夾具,控制墊片的變形和滿足批量生產(chǎn)需求。根據(jù)墊片的結(jié)構(gòu)和需要,盡力滿足墊片的加工精度,設(shè)計了簡易夾具。

 

 

 

4.工藝方案

 

墊片加工工藝流程:下料→粗加工→熱處理(時效)→精加工。

 

1)下料。

 

2)粗車削加工。

 

3)鉗工鉆孔3xφ4mm孔(多件加工)。

 

4)熱處理時效。

 

5)使用軟爪夾持外圓φ52mm車削,保證形位公差要求,平面度0.01mm,垂直度0.015mm,內(nèi)孔φ20H9,倒銳角毛刺。

 

5.結(jié)語

 

通過運用以上車削過程控制,有效地防止了墊片在車削過程中的變形量,使零件尺寸精度及形位公差要求得到保證,加工質(zhì)量穩(wěn)定,并且提高了生產(chǎn)效率,降低了制造成本。鈦合金高精度大批量墊片車削工藝實用性強,具有較強的推廣作用。

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