钛合金薄壁件圆角数控铣削质量控制.pdf

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1、钛合金薄壁件圆角数控铣削质量控制QualityControlofCornerRoundingMillingforTitaniumThin—WailedPart上海航天精密机械研究所孙程成王亮侯吉明张俊强：1产r■0孙程成毕业干南京航空航i大学．主要从事数控工艺爰CAD／CAM研究工作。钛合金由于比强度高、热稳定性好、抗腐蚀性强等诸多优点，被航空航天领域广泛运用。然而由于减重等需要．钛合金零件多设计为薄壁．给机加工带来了很大的难题，特别是圆角数控铣削的质量难以控制。圆角走刀南直线段进^曲线段过程中．径向切削深度和真实进给量发生了突变．且该变化对切削力的影响很74航空制造

2、拄术2010年第15期钛台金由于比强度高、热稳定性好、抗腐蚀性强等诸多优点，被航空航天领域广泛运用。然而由于减重等需要。钛合金零件多设计为薄壁．给机加工带来了很大的难题．特别是圆角数控铣削的质量难以控制。大，使加工过程无法顺利进行。相荚文献已对型腔圆角的切削力进行r钼应的研究⋯。圆角数控铣削一般方法现在圆角铣削采用最多的是等半径靠刀法。例如：最终将要加工肺的圆角，一般先采用毋20mm刚性较好的刀具将侧壁加工到最终尺寸或留少量的精加工余量，再分gⅡ换鞍小的刀具来接圃角．所需换的刀具的数量及大小根据实际情况制定。等半径靠刀法的优势在于：先通过刚性较好的大直径刀具去除了大部

3、分金属材料．留给刚性较弱刀具加工的部分仅是圆角处较小的一部分．避免了直接采用细长刀具在大切削用量情况下的加工变形和切削振动现象。凌方法在一定程度上解决了圆角加工的拉刀难题．但频繁的换刀和对刀会造成加工周期延长等问题．更重要的是该方法也没有彻底解决托刀和振纹等加工问题。钛合金薄壁件圆角数控铣削难点分析钛合金薄壁件在航空航天领域应用较广，具有侧壁和腹板是这类零件的典型特征．结构复杂．相对刚度较低，故加T工艺性差。加工变形和加1二效率低等已成为约束钛合金薄壁零件加工的重要问题”I。在切削力、装夹力、切削振颤等因素作用下，易发生加工变形特别是圆角处加Tr一。⋯AI—m镘台盒切

4、翻加工质量和精度不易控制等现象，研究发现．刀具从直边切人圆角以后，在圆角处存在明显的切削力超值突变现象9’，常常发生欠切，过切、振颤等现象，因而出现明显的过切、欠切痕迹或振纹．这不仅严重地影响了零件的加1二质量．降低了刀具使用寿命，而且降低丁生产效率。钛合金薄壁件圆角数控铣削存在以下加工难点。(】)钛合金导热系数低，薄壁件圆角加工前后受热变形。钛台金材料导热导温系数仅为锅及错台金的1／15闻的l巧，井小于不锈钢和高温合金。低的导热牢使钛合金薄壁件在切削加工中产生较大的温差和热应力．造成切削热量不易散发，产生刀具牯结磨损、薄壁受热，变形．圆角数控铣静l时此现象尤为严重。

5、(2)钛合金切削过程中刀刃部位应力大．影响薄壁件圆角加丁质量钛台金的切削力虽然只有45Ij制的1／3—1／2．但是钛切屑与前刀丽的接触面积小，只有45号钢的I／2～2／3．单位接触面积上的切削力大大增加，所以切削刃所承受的应力是碳钢的I3-15倍，刀刃应力集中，极易造成崩刃现象。圆角数控铣削过程中数控程序一般采用恒定的进给逮度fB实际瞬时进给速度发生了突变，列l；在切削钛合金薄璧件圆角处更容”发生崩刃现象，一旦产生刀具崩刀很有可能会划伤加丁=表面，严重影H加工质量。(1)钛合金在高温切削时化学活性n，大大降低r薄壁件疲劳滢度，钛合金的化学活性大，在切削温度高、单位面积

6、切削力大的条件下，很容翳吸收空气中的氧气和氮气形成硬而瞻的外皮．同时切削过程中会产生塑性变形．也会形成非常坚硬的氧化层，导致发生表面硬化．在圃角数控铣削时由于切削力的突变，且瞬时切削量大．产生的切削温度也相对较高，研究表明，在这种冷硬现象下唧角处的疲劳强度大大降低．在令后零件的使用过程中存在巨大的安全隐患。(4)钛合金薄壁件闻角数控铣削中切削力突变，对钛合金薄壁件的圆角加工．一般编程人员会考虑采用等径向切深切削，即在一次走刀过程中径向切深为一定值，当刀具由直线走刀过渡到圆弧走刀的时候，由于切削夹角的增大而使刀具与工件的接触面积增加，从而引起切自l』力的超值突变并容易诱

7、发切削振动，还会造成刀具和工件的an_q-变形增大或拉刀现象．切削振动则会在圆角处产生振纹．影响零件的加T质量?采用与圆角相同半径的刀具进行切削时，切削面积比走直线切削时要大的多，会引起切削力的剧增。此外，在加工深型腔的小半径圆角时，采用长径比较大的细长刀具以厦薄壁件自身刚性的降低．也是诱发切削振动的原因之一。将瞬时切削工序的瞬时径向切削深度、瞬时真实进给量代人切削力经验公式，可得到瞬时的切削力。相关文献对此进行了深^研究．证实了圆角数控铣削过程中会产生切削力的突变⋯。钛合金薄壁件圆角数控铣削质量控制方法1合理选择刀具的材料、结构以及铣削方式钛合金薄