鈦合金管子的深孔加工
2018-4-4 來源： 中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（有限）責(zé)任 作者：劉偉龍 劉 玫 楊 爍
摘 要：本文主要以鈦合金管子深孔加工為研究對象，開展鈦合金管子深孔加工工藝研究，在公司內(nèi)，依據(jù)公司現(xiàn)有的設(shè)備能力，在對原有深孔加工設(shè)備T2120改造的基礎(chǔ)上，自行研究設(shè)計(jì)了一根專用的長刀桿；同時還研制出相關(guān)一系列的專用深孔加工刀具和配套工具，利用傳統(tǒng)的深孔（鉆擴(kuò)鉸）加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鈦合金的深孔加工工藝，在試驗(yàn)過程中克服了鈦合金深孔加工研制中多種困難，解決了諸多技術(shù)關(guān)鍵，滿足深孔加工技術(shù)要求，完成了鈦合金管子的深孔加工；達(dá)到了逾期的研制目標(biāo)。保證了研制和配套要求，取得了明顯的效果。
關(guān)鍵詞：鈦合金；管子；深孔加工
隨著我國制造技術(shù)的發(fā)展，在一些典型零件的生產(chǎn)過程中，有相當(dāng)高的技術(shù)含量，其加工制造具有相當(dāng)大的難度，需要采用一些新方法和新工藝，同時也還需要開發(fā)利用傳統(tǒng)的加工技術(shù)優(yōu)勢，進(jìn)行工藝研究。
鈦合金管子件的材料為Tc6，管孔內(nèi)徑為Φ40，長度為575，如圖1所示，這種鈦合金材料深孔加工工藝是我們首次接觸到的深孔加工工藝，其深孔類似典型長軸類零件空心結(jié)構(gòu)，尤其是零件內(nèi)孔直徑尺寸為Φ40的深孔；與公司的深孔加工設(shè)備（T2120深孔鉆鏜床）無法配套；因?yàn)樵瓩C(jī)床上配套刀桿外徑為Φ38，加工時零件總長度必須在750~1500，現(xiàn)有條件，根本無法實(shí)現(xiàn)管子直徑的深孔加工要求。這樣鈦合金管子深孔加工技術(shù)就成為零件研制中，亟待解決的技術(shù)關(guān)鍵。
圖 1 零件結(jié)構(gòu)圖
1 、加工技術(shù)難點(diǎn)分析
零件的外圓尺寸和技術(shù)條件要求嚴(yán)格，其技術(shù)難點(diǎn)顯現(xiàn)為薄壁零件的深孔加工，且為難加工的鈦合金材料：Tc6，為了滿足設(shè)備條件，在工藝上規(guī)定加工的深孔長度為1170（為兩個零件的長度），長徑比為1170∶38，表面粗糙度為Ra0.5；由于零件的材料特殊，深孔直徑尺寸規(guī)格與機(jī)床系統(tǒng)不匹配，在專用深孔鉆床上刀桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材與制造十分困難，導(dǎo)致零件的深孔加工極為困難。同時還需要對現(xiàn)有的設(shè)備加以改進(jìn)，滿足新設(shè)計(jì)的刀桿的尺寸配套需求。為此我們開展薄壁鈦合金軸管類零件深孔加工的專題工作。
2 、制定具體的措施
2.1 確定加工方案
我們以鈦合金深孔加工為研討專題，對工裝的研制、定位密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、深孔設(shè)備的改制等技術(shù)問題，確定了利用公司現(xiàn)有的深孔設(shè)備加以改進(jìn)這種加工方案，即在T2120深孔鉆床上開展鈦合金管子的深孔加工研制工作，制定了具體改進(jìn)措施如下：對機(jī)床配套刀桿的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以改制；設(shè)計(jì)與零件配套的定位密封結(jié)構(gòu)；研究深孔加工刀具材料；在滿足刀桿的設(shè)計(jì)要求下，制定刀具結(jié)構(gòu)尺寸，同時刀桿設(shè)計(jì)時，還要滿足刀桿內(nèi)孔的排屑功能等基礎(chǔ)研究工作。為此我們先后設(shè)計(jì)制造（9種）專用深孔刀具、鏜頭和刀桿等工裝及設(shè)備配套零部件。進(jìn)行了大量的加工試驗(yàn)，確保鈦合金管子深孔加工研制工作順利進(jìn)行，經(jīng)試驗(yàn)后滿足生產(chǎn)研制的需求，解決鈦合金管子的深孔加工技術(shù)關(guān)鍵。
首先我們結(jié)合鈦合金管子的深孔結(jié)構(gòu)和公司內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備情況，制定具體的工藝加工路線，編制工藝規(guī)程。鈦合金管子工藝加工路線如下：毛料—粗車基準(zhǔn)—鉆深孔—擴(kuò)深孔—鉸孔—精車外圓—檢驗(yàn)。
2.2 專用工裝的設(shè)計(jì)
2.2.1 專用深孔刀桿的設(shè)計(jì)。由于確定了深孔的加工設(shè)備（深孔鉆鏜床T2120），在刀桿的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上必須與機(jī)床切削及密封系統(tǒng)相配套。鈦合金管子的深孔內(nèi)徑尺寸為Ф40，因此在刀桿內(nèi)、外徑尺寸的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上受到一定的限制。一方面刀桿外徑尺寸不能過大，導(dǎo)致深孔加工時高壓油的流入量減少，產(chǎn)生壓力不足，影響深孔加工的刀桿內(nèi)排屑功能。易產(chǎn)生切屑堵塞刀桿現(xiàn)象。另一方面設(shè)計(jì)刀桿時，還要兼顧到刀桿的最大內(nèi)徑尺寸，必須做到刀桿內(nèi)、外徑尺寸相匹配，保證刀桿頭部連接處矩形螺紋的牢固可靠，刀桿具有足夠的剛性，同時還要滿足并實(shí)現(xiàn)深孔加工設(shè)備（T2120深孔鉆鏜床）內(nèi)排屑功能，保證在高壓油的作用下使切屑順利的沿刀桿內(nèi)孔行腔排入鐵屑箱內(nèi)。
2.2.2 刀具的設(shè)計(jì)。分別設(shè)計(jì)專用的深孔鉆頭、深孔擴(kuò)孔鉆、轉(zhuǎn)接座、深孔鉸刀和配套的鉸刀座。
2.3 設(shè)計(jì)與機(jī)床和零件連接的定位
密封結(jié)構(gòu)，即選定設(shè)計(jì)密封過渡轉(zhuǎn)接套結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)零件與機(jī)床接觸面的密封功能，解決連接處順利過渡，使零件與刀具形成封閉的空間，在深孔切削加工時，形成封閉的高壓循環(huán)系統(tǒng)，防止高壓油外泄，實(shí)現(xiàn)機(jī)床在深孔加工時冷卻和排屑、潤滑等功能。
3、鈦合金管子深孔加工的實(shí)施過程
在鈦合金管子深孔加工中，采用的加工工藝仍沿用過去傳統(tǒng)的深孔加工方法。利用我們生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)過改造后的設(shè)備，安裝專用的深孔刀桿和配套刀具，進(jìn)行深孔加工，具體的加工步驟分三步進(jìn)行：鉆孔—擴(kuò)孔—鉸孔，開展加工試驗(yàn)，如圖2所示。
圖 2 深孔鉆、擴(kuò)孔和深孔鉸孔結(jié)構(gòu)
加工試驗(yàn)后，加工出首件鈦合金管子深孔表面出現(xiàn)如下問題：內(nèi)孔直徑尺寸局部超差，表面粗糙度不好，內(nèi)孔表面有溝痕現(xiàn)象。
經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)浮動鉸刀的過渡轉(zhuǎn)接處尺寸為上限，鉸刀引導(dǎo)端切削受力不均，生產(chǎn)浮動刀片偏移，導(dǎo)致內(nèi)孔直徑尺寸超出圖紙要求。另外內(nèi)孔溝痕的產(chǎn)生原因是由于管壁較薄，深孔過長，鉸孔加工時產(chǎn)生振刀和擠刀后，易產(chǎn)生這一現(xiàn)象，此外鉸刀磨損后也會產(chǎn)生上述問題。
針對這些問題的產(chǎn)生原因，逐漸完善并改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)，制定改進(jìn)方法。增加在加工前檢查鉸刀的實(shí)際尺寸，以及浮動鉸刀引導(dǎo)端的定心作用，確保鉸刀的自動定心后，進(jìn)行鉸削，同時檢查刀具磨損情況，及時更換新刀。這樣在以后的加工中保證了深孔加工的尺寸。完成了首件鈦合金管子深孔加工研制工作，并在以后的加工中，陸續(xù)完成了48件鈦合金管子深孔加工任務(wù)。滿足了公司的研制生產(chǎn)需求，解決鈦合金管子的深孔加工技術(shù)關(guān)鍵。
4 、加工總結(jié)
試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，由此證明當(dāng)初制定這種深孔加工方案是可行性的。這種鈦合金材料的深孔加工方法和加工工藝已納入到相關(guān)的技術(shù)文件中，應(yīng)用在專用生產(chǎn)線上。
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