钛合金小直径铸件加工技术研究
2021/11/25 15:14:40
摘要：本文从生产实际情况出发，意在解决钛合金小直径精密铸件在新设备五坐标上加工，保证高精度机匣类零件变形控制，提高加工零件技术条件一次合格率，提升加工效率，降低生产周期的问题，轴承座、前轴承机匣、后盖/后盖组件内环前段就属于该类机匣零件。针对每个零件其结构特点及技术条件要求，主要从工艺路线、加工方法、数控程序、切削参数等方面进行分析及试验研究，制定出合理的工艺路线。并对加工中遇到的问题和采取的措施进行了较为详细阐述。
关键词：工序集成；五坐标
1.引言
随着航空发动机设计性能的不断提高，机匣的设计精度越来越高，机匣的设计结构越趋复杂，加上难加工材料的使用，这给机匣在加工中如何控制变形，如何保证加工精度、缩短制造周期带来了极大的难度，特别较为复杂型面的机匣加工，其变形量的控制更是机匣制造技术提升的关键。从目前机匣零件的生产加工来看，高精度机匣类零件在加工中是很难控制变形量的。在加工过程中的变形，以及试车、试飞后的变形，将影响机匣的质量及装配互换性的要求，解决高精度机匣类零件的变形及提高加工一次合格率是迫在眉睫的问题.
2.项目概述
2.1 任务来源
分厂级攻关
2.2 技术指标
1.在新设备五坐标上加工，配合五坐标加工中心完成数控工艺；
2.合并加工工序，提高生产效率；
3.提高零件质量
2.3 研究内容
2.3.1轴承座：
1. 摸索适应五坐标数控加工设备的工艺及程序，并进行验证。
2. ?验轴承座零件新型工艺路线，将零件技术条件合格率控制在100%
2.3.2后盖：
1.完成适应五坐标数控加工设备的工艺及程序编制、验证，研究钛合金小直径精密铸件加工技术。
2.通过铣加工高度集中到五坐标加工中心，提高零件加工效率。
3 攻关实施
3.1轴承座
轴承座是主要部件，材料为钛合金，铸件，最大直径Φ600，总高180.5mm，壁厚4.5mm。零件前后端面分布有螺栓孔，螺纹孔，销子孔；径向分布有安装座，销子孔。
3.1.1利用五坐标数控加工设备，合并铣加工工序。
通过对零件工艺路线进行调整，将同一摆放位置能够加工的内容合并到一起加工。共计节省找正时间1.5h，节省找正次数3次，节省零件周转4次，平均节省加工周期16天。
3.1.2调整工艺路线，将零件技术条件合格率控制在100%。
原工艺规程中在精车Φ200内孔时靠找正各面跳动保证最终技术条件，实际零件找正状态无法满足图纸要求，加工后技术条件超差严重。
3.1.3超差原因分析
零件安装边为悬臂梁结构，在加工精车工序后仍存在较多钻、铣加工工序，零件端面、止口受力变形，在最终精车Φ200内孔时A、B、L等技术条件相关基准面发生变形，导致加工后自由状态下技术条件尺寸超差
3.1.4改进措施
派制带辅助支撑钻孔夹具，减小钻孔时安装边受力变形。
调整工序加工内容 ：将各技术条件相关尺寸单边留0.1-0.2mm余量，在精车Φ200内孔工序一次装夹加工，保证各技术条件合格。
3.1.5改进效果：改进后零件四项技术条件100%合格。
3.2后盖
材料为钛合金的精密铸件，最大直径Φ500，最小直径Φ45 ，总高150mm。零件铸造结构复杂，大小端相差较大；有两个有通气管及一个通油管，大端有螺纹孔及花边，小端有螺纹，内孔有涂层。
3.2.1利用五坐标数控加工设备，合并铣加工工序
通过对零件工艺路线进行调整，将零件铣加工内容高度集中、合并到五坐标数控加工设备.
3.2.2优化铣加工方案，提高L型槽表面质量，满足图纸要求。
3.2.3改进措施
使用五坐标加工中心新设备，采用五轴联动铣加工方式，使用Φ20R3合金铣刀，无需使用刀具加长杆，铣刀强度较高。
4.工作总结
工作取得效益，通过本次攻关，节约了大量设备周转等待的时间，减少找正时间共计4.5h，降低工人的劳动强度。
5.经验、问题
5.1经验
1.钛合金小直径零件在五坐标加工中心试验成功，可实现多工序合并完成，对后续新型别家族零件的工艺路线编制具有指导性作用
5.2存在的主要问题
1.参考随行夹具的设计理念，请制小直径零件快换工装通用底座及定位夹具，快换翻转盘制造未回，无法进行加工验证。
2.目前仅有一台五坐标加工中心，若所有小直径零件铣加工均转由该机床加工，设备产能将不足，无法满足生产需求。
6.结论
本次攻关，零件均完成了了适应五坐标加工中心的工艺验证，虽然过程中存在一些不足，但是从零件质量，加工效率，周期，工段排产，工人劳动强度等方面都看到了效益，总体评价攻关是成功的，同时也对后续家族零件的工艺路线编制指明了方向，对小直径零件的工装派制开辟出了一条新的道路。
参考文献：
[1] 王聪梅.机匣制造技术[M].北京：科学出版社，2002.
[2] 赵太平.数控编程与加工技术[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
