某航空發(fā)動(dòng)機(jī)易損件圖......



某航空發(fā)動(dòng)機(jī)易損件圖(略) ，最小壁厚為2mm，總長(zhǎng)400mm，是一個(gè)典型長(zhǎng)薄壁件。技術(shù)要求較高，孔徑公差為0.046，外圓公差為0.03，表面粗糙度Ra為1.6。為保證壁厚差，孔與外圓必須同軸，加工難度較大。材料從俄羅斯進(jìn)口，牌號(hào)為BT20，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度sb=90～110kg/mm2，比TC4難加工。磨削鈦合金易阻塞砂輪，燒傷已加工表面，因此只能采用車(chē)削，以車(chē)代磨。
表1 切削鈦合金選用的刀具材料 牌號(hào)ISOHRAsbb
YG3XK0191.5110
YG6AK1092140
YG6XK1091140
YG8K3089150
YG8WK2592200
YG813K2091160
YG643K0593150
YG10HTK3092220
YL10.2K35HV1600220
YS2TK3091.5180
YD15K0191.5170
Y310K0592125
Y320K2091.5180
Y330K3090.3200
YM051K1092.5162

1 刀具材料及幾何參數(shù)的選擇鈦合金導(dǎo)熱性能很差，為45號(hào)鋼的1/6～1/7。選擇刀具材料時(shí)，要考慮刀具材料的導(dǎo)熱性能，YG類(lèi)優(yōu)于YT類(lèi)。切削鈦合金產(chǎn)生單元切屑，變形系數(shù)近似為1，刀屑接觸長(zhǎng)度很短，切削力集中于刃口附近，單位切削力大，易崩刃。要求刀具材料韌性要好，sbb>150kg/mm2，鈦合金化學(xué)性能活波，易與空氣中的氧和氮產(chǎn)生硬脆化合物，加快刀具磨損；鈦與刀具中的元素易親合，加工鈦合金使用的刀具材料要少鈦或無(wú)鈦元素。優(yōu)選YG類(lèi)硬質(zhì)合金，不是用YT類(lèi)硬質(zhì)合金。切削鈦合金使用的刀具材料件見(jiàn)表1。鈦合金彈性模量小，為45鋼的1/2，加工變形大。刀具后角要大些，取a0=15°～18°，減少加工表面與后刀面間的摩擦。前角也要選大些g0=10°，刀具鋒利，減小加工變形，降低加工硬化，提高已加工表面質(zhì)量。主偏角kr=90°降低徑向力，防止振動(dòng)。刀尖圓弧半徑?jīng)Q定刀尖強(qiáng)度、散熱及磨損，不易過(guò)大，re=1～2mm合適。切削鈦合金，刀具必須鋒利，鈍刀不能進(jìn)行切削。刀具鈍圓半徑必須小，也就是選用細(xì)晶粒材料，才能使鈍圓半徑降低。同時(shí)，使刀具材料硬度提高，而韌性不下降。提高刀具刃磨質(zhì)量，用金剛石、立方氮化硼砂輪磨刀。前后刀面粗糙度Ra≤0.1μm，降低切屑與前刀面。工件與后刀面間的摩擦。刃口要平直，無(wú)鋸齒，減輕崩刃磨損。
2 切削用量粗車(chē)鈦合金目的是去除大的余量，應(yīng)保證較大的刀具耐用度。VB=0.4mm，切削速度不高，一般V≤35m/min，刀具耐用度T=60min，切削刃度ap≤4mm，走刀量f≤0.24mm/r，且加大流量溶液冷卻。精車(chē)鈦合金目的是保證尺寸精度和表面質(zhì)量，一般ap≤1mm，磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB=0.2mm，盡量采用高的切削速度和必要的刀具耐用度，切削速度35m/min≤V≤140m/min，刀具耐用度T=30min。用機(jī)油冷卻潤(rùn)滑，降低刀屑間的摩擦系數(shù)，提高已加工表面質(zhì)量。車(chē)削用量如表2所示。
表2 切削參數(shù) NO1234567891011121314151617181920
V(m/min)13.21421.123.33031.73537.74045.245.850.269.970.776.489.4111.8127.2130.2141.3
f (mm/r)0.240.240.240.240.20.20.20.160.120.160.10.20.130.130.10.10.10.10.10.1
ap (mm)33332.52.52.52.51.51110.50.50.50.50.30.30.30.3

3 刀具磨損原因及刀具耐用度加工鈦合金，刀具磨損發(fā)生在后刀面和刀尖處。鈦合金彈性模量小，切削時(shí)回彈大，后刀面與加工表面接觸面積大，加速了摩擦。顯微鏡下可看到犁溝。刀尖處散熱條件差，溫度較高，磨損嚴(yán)重。尤其是精車(chē)時(shí)，后刀面磨損量沒(méi)有達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，因刀尖磨損過(guò)快，使刀具喪失切削性能。前刀面看不到明顯磨損痕跡，原因是刀屑接觸長(zhǎng)度短，磨損的主要形式是崩刃和微崩刃。顯微鏡下可看到鋸齒形刀刃。加工鈦合金粘刀現(xiàn)象十分嚴(yán)重。無(wú)論是高速切削還是低速切削都有粘刀問(wèn)題。干切削更為明顯。粘結(jié)磨損是加工鈦合金的主要磨損原因。當(dāng)切削速度較高時(shí)，切削溫度達(dá)600℃以上時(shí)，擴(kuò)散磨損占的比例較大。空氣中的氧氮與鈦合金反應(yīng)生成硬脆化合物加劇了刀具的磨料磨損。因此加工鈦合金刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)定得較低，刀具耐用度較低，而切削速度還是比較低的。具體數(shù)值見(jiàn)表3。
表3 刀具耐用度與切削速度 VB(mm)V(m/min)T(m/min)
0.250～14030
0.335～5060
0.520～3590
0.6>20120
YG類(lèi)g0=10°，a0=18°，干切削，濕切削時(shí)，T加倍

4 零件加工工藝及表面質(zhì)量使用的車(chē)床功率要大，主軸回轉(zhuǎn)精度要高，進(jìn)給機(jī)構(gòu)無(wú)爬行。刀桿剛度足夠。零件裝夾要牢固。例如：車(chē)74外圓時(shí)，中部用中心架支撐，提高了裝夾剛度，降低了長(zhǎng)徑比。加工順序?yàn)椋合燃庸?5里孔，后加工74外圓及空刀處。里孔可用單刃鏜刀切削，讓刀量大。改用浮動(dòng)鏜刀效果較好，里孔達(dá)到尺寸精度后，用卡盤(pán)與頂尖裝夾車(chē)外圓，孔中放置減震材料。刀具必須鋒利。一旦振動(dòng)，立即換刀車(chē)去振源。用塑料脹胎夾具加工外圓效果較好。鏜孔速度不易過(guò)高，V=20m/min較好。控制回彈量。最小切削深度0.05mm。當(dāng)ap太小時(shí)不能形成連續(xù)切屑，容易產(chǎn)生振動(dòng)。夾持剛度較好時(shí)，車(chē)外圓ap=0.01可行成連續(xù)切屑。切削鈦合金只要不振動(dòng)，表面粗糙度Ra1.6μm是可以達(dá)到的。刀具鋒利，表面質(zhì)量也較好。使用鋒利的硬質(zhì)合金車(chē)刀切削鈦合金，加大流量潤(rùn)滑液冷卻潤(rùn)滑。切削速度V≥100m/min時(shí)，車(chē)外圓表面粗糙度可達(dá)Ra0.8μm，已加工表面硬化較輕，殘余應(yīng)力較小。比較高的尺寸輕度容易獲得。ap=0.005mm時(shí)，可形成連續(xù)柔軟的切屑，達(dá)到磨削的尺寸精度和粗糙度。鏜孔有一定的難度，主要原因是：機(jī)床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統(tǒng)剛度不足。一旦振動(dòng)，孔壁質(zhì)量立即下降。粗糙度Ra1.6μm還是容易達(dá)到的。
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5 結(jié)論鈦合金薄壁件車(chē)削加工比銑削容易些。車(chē)削為連續(xù)切削，沒(méi)有沖擊。切屑為單元切屑，不存在斷屑難的問(wèn)題。鈦合金彈性模量小，屈強(qiáng)比大；切削時(shí)彈讓大，需變形能大。選擇刀具材料硬度要高，韌性要好，sbb≥200kg/mm2，且不含TiC。刃口要鋒利，后角要大，鈍圓半徑要小。避免使用鈍刀切削。鈦合金既硬又韌，導(dǎo)熱又差；粗車(chē)時(shí)，保證必要的刀具耐用度，確定切削速度；精車(chē)時(shí)，為完成以車(chē)代磨，盡量采用高速切削；可降低表面粗糙度，減輕已加工表面加工硬化和殘余應(yīng)力。提高機(jī)床、夾具、工件和刀具組成的工藝系統(tǒng)剛度，可解決鈦合金薄壁件車(chē)削加工變形問(wèn)題。