钛合金薄壁曲面前轴颈工艺探究

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1、钛合金薄壁曲面前轴颈工艺探究　　摘要：本文以某发动机“前轴颈”为载体，说明薄壁钛合金轴颈类零件的加工工艺，通过合理的安排工艺路线，优化工装结构，减小加工过程中的受力变形，利用数控加工设备实现薄壁腹板内外型面、加强螺纹、引线槽等数控加工，保证设计尺寸及技术要求。关键词：薄壁腹板型面车削；数控编程；变形控制；壁厚差保证中图分类号：TG14文献标识码：A某发动机高压压气机前轴颈是安装在高压压气机转子上的关键件，该零件结构复杂，尺寸精度高、技术条件要求极为严格，材料TC17的切削性差，是难加工材料，刀具易磨损，加工硬化现象严重。零件薄

2、壁大端型腔复杂，需要设计、制造特殊结构的专用机夹刀具，采用数控车床，编制合理的数控程序，完成前轴颈深腔薄壁幅板型面和螺纹的加工。此外，引线槽、径向孔、锁片槽以及斜孔等结构需要在四坐标、五坐标加工中心上加工。1工艺分析5该零件结构复杂，尺寸精度及技术条件严格，加工过程中难以保证，需要制定合理方案来完成零件加工，包括零件内外复杂型面的加工问题、壁厚差控制等复杂结构的加工。零件大端的辐板型面为薄壁结构，外圆直径为Φ498mm、大端面厚度2mm，浅喇叭辐板厚度3.16mm，型面范围大，且腹板型腔复杂，腹板型面为圆弧转接，小端直径85.

3、5mm，总长338mm，结构刚性差，技术条件要求严格。大端内外止口、小端止口、两处加强螺纹对设计基准的跳动为0.01mm，零件尺寸精度和技术条件要求严格。采用以往加工方法研制，通常在普通车床上、用多把焊接刀具多次测量来完成零件加工，对操作者技能要求高，难于保证零件质量。必须在精密的数控机床上，制定合理的刀具结构、编制合理的数控加工方案，完成零件加工，满足设计要求。该零件为薄壁轴颈类零件，依据零件材料、结构进行工艺分析，零件主要轮廓需采用数控车加工，为此减小零件切削变形，保证技术条件是关键。斜孔及径向孔等结构在四坐标及五坐标加工

4、上进行。为减小零件变形，采用如下措施：1.1工艺路线毛料—粗加工—稳定处理—半精加工—精加工。工艺路线安排如下：车大端-车小端-超声波-细车小端-细车大端-稳定处理-半精车内型面-半精车外型面-精车内型面-研磨大端面-精车外型面-标印-钻孔-研磨大端面-钻斜孔-插花键-钻径向孔-铣锁片槽-铣大端半圆槽-研磨大端面-抛光-荧光检查-最终检验-喷涂-磨外圆-修复基准-打磨-检验-静平衡-湿吹砂-涂干膜润滑剂-包装入库51.2夹具结构由于钛合金薄壁轴颈类零件容易产生零件回弹变形，零件尺寸和技术条件难以保证。夹具设计时需增加支撑结构以

5、增加零件刚性，采用轴向压紧的方法固定零件以减少零件的压紧力，减小零件加工过程中的变形，提高加工精度。定位装夹时所选用工装的结构要合理，以增加零件刚性。2数控程序的编制2.1编制程序原则编制数控程序应考虑：①根据零件材料、结构特点，选取合理刀具结构。②在强度允许的条件尽可以增加切深和切削速度。③余量较大时应安排粗车循环，减少工人手动上刀补的出错机会。④还应考虑零件结构刚性，在走刀路线安排上尽量减少零件变形。⑤在精车时尽量采用轮廓编程以保证尺寸和技术条件要求。2.2MasterCAM编程建立精车数控模型、仿真模拟走刀路线，检查刀具

6、干涉情况。内外型面交替加工以减少零件变形，在接刀部位，圆弧进退刀，保证接刀部位圆滑转接。另外MasterCAM中建立相应刀具库，以便自动编程时调用。将由AutoCAD中建立的半精车及5精车工序的理论截面图形导入到MasterCAM中，将前工序作为毛坯，后工序作为零件的几何实体，将工序图表中尺寸全部换算成中差尺寸，建立了数控车削6道工序的数学模型。在MasterCAMlathe车削模块中刀轨的生成，一般按以下操作进行，确定MCS坐标系，选择刀具及刀具的具体参数，选择加工方法，选择加工边界，设置刀具路径产生刀位文件，刀轨的后处理。

7、3加工试验3.1摸索变形规律加工过程中可以用零件余量进行切削试验，摸索TC17零件变形规律。通过对比上刀量与实测值间差值，进行上刀试验。由于切深、转数及进给量不同，刀片的锋利程度不同，零件和刀具受力亦不同，零件回弹变形程度也不同。尝试找出其变形的特点和规律，实际加工中，由于零件直径大，大端面壁厚仅2mm，零件轴向尺寸较长，刚性下降。腹板实际加工中，选用R2.5球刀，刀具切削刃与零件接触面积过大，使切削力增大，零件发生震动，在大端端面出现振刀波纹，加工过程中噪音大。经过改变装夹位置，调整加工参数，振纹消失，光度得到很大提高。3.

8、2技术条件保证在精车外型面的加工中，应先车加工全部，单边留0.5mm左右余量时，松开压板，去除压紧力，在夹具定位面上将零件反复旋转，充分释放零件加工应力，采用较小压紧力重新均匀压紧零件，将零件加工至设计尺寸，以保证技术条件。53.3夹具减震支撑夹具设计上为避免零件变形，采用轴