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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(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(鉆擴鉸)加工技術(shù),實現(xiàn)了鈦合金的深孔加工工藝,在試驗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;達到了逾期的研制目標。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,有相當高的技術(shù)含量,其加工制造具有相當大的難度,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;因為原機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)難點分析
  
     零件的外圓尺寸和技術(shù)條件要求嚴格,其技術(shù)難點顯現(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、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,滿足新設(shè)計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、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,制定了具體改進措施如下:對機床配套刀桿的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)加以改制;設(shè)計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)計要求下,制定刀具結(jié)構(gòu)尺寸,同時刀桿設(shè)計時,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。進行了大量的加工試驗,確保鈦合金管子深孔加工研制工作順利進行,經(jīng)試驗后滿足生產(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—鉆深孔—擴深孔—鉸孔—精車外圓—檢驗。
  
     2.2 專用工裝的設(shè)計
  
    2.2.1  專用深孔刀桿的設(shè)計。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)計結(jié)構(gòu)上必須與機床切削及密封系統(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。分別設(shè)計專用的深孔鉆頭、深孔擴孔鉆、轉(zhuǎn)接座、深孔鉸刀和配套的鉸刀座。
  
     2.3  設(shè)計與機床和零件連接的定位
  
     密封結(jié)構(gòu),即選定設(shè)計密封過渡轉(zhuǎn)接套結(jié)構(gòu),實現(xiàn)零件與機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,實現(xiàn)機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,進行深孔加工,具體的加工步驟分三步進行:鉆孔—擴孔—鉸孔,開展加工試驗,如圖2所示。
  
 
  
  
     圖 2 深孔鉆、擴孔和深孔鉸孔結(jié)構(gòu)

     加工試驗后,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,逐漸完善并改進刀具結(jié)構(gòu),制定改進方法。增加在加工前檢查鉸刀的實際尺寸,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)
   
    試驗結(jié)果驗證,由此證明當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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