摘要:某法蘭盤為鈦合金零件,零件材料牌號(hào)為DMD0776相當(dāng)于國產(chǎn)牌號(hào)TC6,由于零件結(jié)構(gòu)自身較為復(fù)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(shí)際加工中,必須要經(jīng)過多次試加工,對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、工藝改進(jìn)等技術(shù)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(gè)過程以及關(guān)鍵問題的解決方法和措施。
引言
法蘭件是發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要部件,材料為DMD0776,屬于鈦合金系列;零件尺寸公差嚴(yán),圓周方向上共96個(gè)孔,其中有24個(gè)孔公差為Ф6.35+0.015,且孔相對(duì)于基準(zhǔn)A,B,C的位置度為0.1mm;零件加工過程變形較大,機(jī)械加工過程中零件受溫度影響嚴(yán)重,噴丸前后,零件狀態(tài)也有較大的差異,是整個(gè)新件研制過程中的一道難關(guān)。
材料特性分析
鈦合金在DMD0776規(guī)范中規(guī)定為TA6,屬于α型合金,組織穩(wěn)定,但不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,室溫強(qiáng)度不高。不含β穩(wěn)定元素,抗拉強(qiáng)度為736~981Mpa,塑性較好。
法蘭件工藝路線
經(jīng)工藝評(píng)審工藝路線安排如下: 毛料―修基準(zhǔn)―半精車后端―半精車前端型面―腐蝕檢查―標(biāo)印―加工內(nèi)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(yàn)
關(guān)鍵尺寸及加工難點(diǎn)
?、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(tài)為鈦合金鍛件穩(wěn)定處理后的零件表面作為修基準(zhǔn)工序的基準(zhǔn),且使用數(shù)控臥車進(jìn)行加工,因此使用了小余量修基準(zhǔn),保證技術(shù)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(shí)的光整加工,而且通過實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生塑性變形,尺寸不能滿足圖紙要求的規(guī)律,并在程序中進(jìn)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(jī)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(qiáng),高溫強(qiáng)度高,使其加工性變得更差了。鈦合金材料導(dǎo)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(shí),表面形成氧化硬層,對(duì)刀具有強(qiáng)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(yīng)力很大,刀刃易發(fā)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(yán)重。因此根據(jù)國外一些技術(shù)資料,對(duì)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(qiáng)度高、粘性大,切削中更容易在切削區(qū)產(chǎn)生和積聚熱量,加之導(dǎo)熱性差,在大切除量的銑削時(shí),如果銑削速度過高,有引起燃燒的危險(xiǎn),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(shí),程序中每次切深達(dá)到6mm。
?、勖魁X進(jìn)給量宜適中:鈦合金切削溫度高,同時(shí)存在加工硬化的問題。每齒進(jìn)給過大,則切削力過大而導(dǎo)致切削溫度過高而燒刀;而每齒進(jìn)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(jìn)給量為0.08-0.1mm。
?、懿捎庙樸姡簩?duì)順銑而言,刀齒一開始切入就碰到硬皮而容易導(dǎo)致刀具破損;但由于逆銑切削是由薄到厚,在最初切入時(shí)刀具易與工件發(fā)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(jī)床主軸跳動(dòng)小,且表面粗糙度要求高,因此選用整體式合金鉆頭,針對(duì)鈦合金熱量不易排除,選用內(nèi)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(jié)構(gòu)與噴丸之間的特殊關(guān)系,噴丸后零件存在變形,對(duì)公差較大的尺寸影響不大,對(duì)公差嚴(yán)且直接受噴丸影響的尺寸影響嚴(yán)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(nèi),噴丸后孔位置度即有嚴(yán)重超差的零件;
?、讧?.35+0.015孔徑,由于孔內(nèi)噴丸,孔公差又嚴(yán),因此在噴丸后零件超差較為嚴(yán)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(duì)以上問題,做了以下工作使問題得到解決:
三坐標(biāo)測量機(jī)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(yàn)將程序更改,給噴丸變形留出余量,得到了較好的效果,同時(shí)對(duì)工序中的孔位置度公差進(jìn)行縮嚴(yán),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(nèi);變化趨勢見圖4。
通過對(duì)比數(shù)據(jù)找到零件的變形趨勢,噴丸時(shí)使用專用夾具對(duì)零件內(nèi)環(huán)進(jìn)行固定,在對(duì)外環(huán)噴丸時(shí),不能使整個(gè)零件產(chǎn)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(shù)據(jù)對(duì)比,將零件孔徑在噴丸前后的變化規(guī)律找到,通過工序的機(jī)械加工進(jìn)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(gè)尺寸均縮嚴(yán)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(nèi)。
以上控制方案即找到噴丸前后變化規(guī)律,使用機(jī)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(diào)整的參數(shù)后,零件終檢一次合格,最終得到客戶的質(zhì)量認(rèn)證。
結(jié)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(shè)計(jì)圖紙的要求,成型工藝以及成品零件通過了最終的驗(yàn)收,取得了機(jī)械加工控制及特種工藝的突破。