新结构钛合金薄壁低压轴工艺研究

1、研究目标

1.1 设计要求

低压轴材料为难加工的钛合金TC11，零件位置非常重要，尺寸和技术条件多，精度要求高，很多技术条件都在0.02mm以内，与轴承配合部位尺寸公差仅为0.01mm，圆柱度0.008mm，零件壁薄，加工中易变形，尺寸和技术条件难以控制，不好保证。我们以前从未加工过类似结构的长轴颈零件，没有可借鉴的加工经验。零件三维图如图1所示。

1.2 材料切削特点

低压轴零件材料为钛合金TC11，属难加工材料，切削加工性差，加工效率低，刀具磨损大。

钛合金切削加工性差的原因：

（1）导热系数小，切削温度高。

（2）切屑与刀具切削刃的接触长度短，刀尖应力大。

（3）磨擦系数大，磨擦速度高。

（4）钛和钛合金在高温时化学活性高，使刀具磨损加剧。

（5）弹性模量小，屈服比大。

1.3 钛合金薄壁件车削加工特点

（1）材料组织结构特点导致机械加工中可加工性差；

（2）加工过程中切削温度高、刀具磨损快；

（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证；

（5）零件加工中易变形；

（6）夹紧易变形。

2、主要加工面的加工过程

2.1 内腔型面的加工

精加工大端内型面时，以小端外圆和中部端面为基准，加工前找正工序基准，此工序在数控车床加工，由于加工行程较长，为保证尺寸精度分三段程序进行：第一段先加工大端，其次再加工内止口和内腹板面，最后在内腹板与内孔转接R20处进行弧转接加工内孔，此处内孔应提高加工尺寸精度，以作为后续工序的夹具定位基准。

2.2 外型面及小端内孔的加工

该加工阶段先加工小端内孔，设计专用精车夹具以已加工完的大端面为定位基准，涨紧大端内孔，压板压紧大端外侧安装边，为提高零件加工系统刚性，可用中心架作为辅助支撑，支撑小端外圆中部。加工前找正基准，因为加工的内孔长度在300mm左右，考虑到刀杆的装夹，所以需要的刀杆的长度至少在350mm左右，加工时设计专用刀杆，刀杆必须具有防震和高压内冷结构。此工序选用大前角55°带有涂层的硬质合金菱形机加刀片，由于此内孔直径仅为58mm，而刀杆直径为48mm，所以加工过程中铁屑无法或很难排除，所有的铁屑都缠绕在了到刀头上了，在刀杆向孔内走刀时铁屑挤在刀杆和已加工完成的零件表面，致使刀杆受到与加工表面相反方向的力，产生让刀现象 ，即加工表面的直径尺寸越往内孔深处，尺寸越小，实际加工验证表明最大时可相差0.7mm，如果这样加工，最后的设计尺寸肯定无法保证，而且表面粗糙度也不好。经反复研究并试验，改变走刀方向，即当从孔深处向零件端面方向走刀，这样加工零件产生的铁屑被留在了已加工表面，被高压冷却液冲走，不会存在在铁屑挤在刀杆和零件之间而产生的让刀现象。

　　在加工外型面时，安装上夹具上的拉杆，用压盖压紧小端面，卸下中心架。加工前先找正夹具定位表面，以大端面、内孔为基准，压紧小端面，加工前找正零件基准再加工。整个外型面长度为650.8mm，外圆尺寸和技术条件多且要求比较严。外型面部分尺寸精车加工后留余量磨加工，同样在数控车床进行精加工，外圆与轴承配合尺寸较精，精车后再进行磨加工，精车给磨加工单边留余量0.1mm～0.2mm，保证配合尺寸和技术条件。由于零件外型面长度较长，编制数控程序时，根据尺寸精度等要求编制多段程序。

2.3 外圆的磨加工

磨加工外圆在高精度外圆磨床上进行，需设计专用磨床夹具，该夹具为芯轴结构，一侧有定位环，用于限制零件定位止口，另一侧的塞子定位小端内孔椎度，夹具两侧带有顶尖孔。磨加工前仍需找正零件，再磨加工外圆，加工时上刀量不能过大，一般为0.005mm～0.01mm，以防止零件窜动。

3、结语

经过进行低压轴工艺的分析研究，从而优化了工艺路线、加工方法，结果表明工艺路线、加工方法可行，长轴轴颈零件是我们公司首次加工此类零件，其研制的成功填补了我公司的此类零件加工技术的空白，为其它长轴类轴颈零件的机械加工提供了宝贵的经验。