新結構鈦合金薄壁低壓軸工藝研究

1、研究目標

1.1 設計要求

低壓軸材料為難加工的鈦合金TC11，零件位置非常重要，尺寸和技術條件多，精度要求高，很多技術條件都在0.02mm以內，與軸承配合部位尺寸公差僅為0.01mm，圓柱度0.008mm，零件壁薄，加工中易變形，尺寸和技術條件難以控制，不好保證。我們以前從未加工過類似結構的長軸頸零件，沒有可借鑒的加工經驗。零件三維圖如圖1所示。

1.2 材料切削特點

低壓軸零件材料為鈦合金TC11，屬難加工材料，切削加工性差，加工效率低，刀具磨損大。

鈦合金切削加工性差的原因：

（1）導熱系數小，切削溫度高。

（2）切屑與刀具切削刃的接觸長度短，刀尖應力大。

（3）磨擦系數大，磨擦速度高。

（4）鈦和鈦合金在高溫時化學活性高，使刀具磨損加劇。

（5）彈性模量小，屈服比大。

1.3 鈦合金薄壁件車削加工特點

（1）材料組織結構特點導致機械加工中可加工性差；

（2）加工過程中切削溫度高、刀具磨損快；

（3）材料加工切削用量不易控制；

（4）零件尺寸精度和形位公差不易保證；

（5）零件加工中易變形；

（6）夾緊易變形。

2、主要加工面的加工過程

2.1 內腔型面的加工

精加工大端內型面時，以小端外圓和中部端面為基準，加工前找正工序基準，此工序在數控車床加工，由于加工行程較長，為保證尺寸精度分三段程序進行：第一段先加工大端，其次再加工內止口和內腹板面，最后在內腹板與內孔轉接R20處進行弧轉接加工內孔，此處內孔應提高加工尺寸精度，以作為后續工序的夾具定位基準。

2.2 外型面及小端內孔的加工

該加工階段先加工小端內孔，設計專用精車夾具以已加工完的大端面為定位基準，漲緊大端內孔，壓板壓緊大端外側安裝邊，為提高零件加工系統剛性，可用中心架作為輔助支撐，支撐小端外圓中部。加工前找正基準，因為加工的內孔長度在300mm左右，考慮到刀桿的裝夾，所以需要的刀桿的長度至少在350mm左右，加工時設計專用刀桿，刀桿必須具有防震和高壓內冷結構。此工序選用大前角55°帶有涂層的硬質合金菱形機加刀片，由于此內孔直徑僅為58mm，而刀桿直徑為48mm，所以加工過程中鐵屑無法或很難排除，所有的鐵屑都纏繞在了到刀頭上了，在刀桿向孔內走刀時鐵屑擠在刀桿和已加工完成的零件表面，致使刀桿受到與加工表面相反方向的力，產生讓刀現象 ，即加工表面的直徑尺寸越往內孔深處，尺寸越小，實際加工驗證表明最大時可相差0.7mm，如果這樣加工，最后的設計尺寸肯定無法保證，而且表面粗糙度也不好。經反復研究并試驗，改變走刀方向，即當從孔深處向零件端面方向走刀，這樣加工零件產生的鐵屑被留在了已加工表面，被高壓冷卻液沖走，不會存在在鐵屑擠在刀桿和零件之間而產生的讓刀現象。

　　在加工外型面時，安裝上夾具上的拉桿，用壓蓋壓緊小端面，卸下中心架。加工前先找正夾具定位表面，以大端面、內孔為基準，壓緊小端面，加工前找正零件基準再加工。整個外型面長度為650.8mm，外圓尺寸和技術條件多且要求比較嚴。外型面部分尺寸精車加工后留余量磨加工，同樣在數控車床進行精加工，外圓與軸承配合尺寸較精，精車后再進行磨加工，精車給磨加工單邊留余量0.1mm～0.2mm，保證配合尺寸和技術條件。由于零件外型面長度較長，編制數控程序時，根據尺寸精度等要求編制多段程序。

2.3 外圓的磨加工

磨加工外圓在高精度外圓磨床上進行，需設計專用磨床夾具，該夾具為芯軸結構，一側有定位環，用于限制零件定位止口，另一側的塞子定位小端內孔椎度，夾具兩側帶有頂尖孔。磨加工前仍需找正零件，再磨加工外圓，加工時上刀量不能過大，一般為0.005mm～0.01mm，以防止零件竄動。

3、結語

經過進行低壓軸工藝的分析研究，從而優化了工藝路線、加工方法，結果表明工藝路線、加工方法可行，長軸軸頸零件是我們公司首次加工此類零件，其研制的成功填補了我公司的此類零件加工技術的空白，為其它長軸類軸頸零件的機械加工提供了寶貴的經驗。