薄壁异型钛合金零件加工方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及一种薄壁异型钛合金零件的加工方法。

背景技术

因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部 门。而钛合金作为比强度高的材料，成为薄壁零件的材料选择。而钛合金材料其切削力大、 热导率低、加工硬化现象严重；薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，不易保证 零件的加工质量。这些独特性能决定了机械加工在刀具、参数选择、工艺装备设计等方面必 须进行优化选择。

目前薄壁舱体零件的加工装夹方式较多，装夹位置一般集中于端框加强框等刚性较强的 部位，但还是会导致零件的夹持变形，刚性差。

钛合金薄壁零件加工过程中易发生刀具零件设备整体颤振，影响加工精度。

由于钛合金材料的切削力大，刀具的消耗也比较大。

发明内容

本发明的技术方案是为了克服薄壁钛合金零件加工过程中刚性差，易变形的问题。提供 一种薄壁异性钛合金零件加工方法，采用能内外夹持的装夹工装，消除夹持变形。

本发明的技术方案：一种薄壁异型钛合金铸造舱体的加工方法，该方法采用刚度加强工 装内外对顶式装夹夹持零件，零件置于刚度加强工装的底座上，零件的加工部位采用刚度加 强工装的外对顶式装夹进行夹持，零件内部采用刚度加强工装的主梁作为传力装置。

所述刚度加强工装的主梁为多爪式。

所述加工方法还采用整体颤振稳定域分析方法选取切削参数。

所述整体是指机床、刀具、零件和刚度加强工装为一个整体。

所述整体颤振稳定域分析方法是通过测试整体的颤振频率曲线，在颤振曲线的下方区域 选取切削参数的方法，该方法可以克服加工过程中的颤振问题。

所述加工方法采用刀具底平面仿形的方法进行零件的加工。

所述刀具底平面仿形方法是采用CAM软件建立模型，生成切削路径，然后使用底平面仿 形的切削方式进行零件加工。

所述加工方法采用圆形镶齿刀具作为切削刃。

所述加工方法通过切削深度控制圆形镶齿刀具的主偏角的变化，进行零件加工。

本发明的有益效果：

本发明以增强被加工零件的刚性为目的，设计刚度加强工装来加强支撑，增强零件的本 体刚性。对于钛合金的加工参数选用，采用基于刀具零件设备整体颤振稳定域分析的选用方 式，选取合适的切削参数，对于切削零件的外形成型方法，选用刀具底平面仿形的方式进行， 切削刀具选用圆形镶齿刀具，提高刀具的强度，通过切削深度控制切削角度，减少切削力与 切削热。

由于本发明所设计的加工方法通过增强工艺装备的设计、装夹方式、刀具及切削参数的 选用、加工方式的调整有效解决了薄壁异型钛合金零件加工过程中的颤振问题，可加工异型 钛合金零件壁厚3mm，材料去除率达到60cm^3/min。

附图说明

图1是刚度加强工装装夹零件后的示意图;

图2是切削参数选择颤振模拟图；

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的方法。

一种薄壁异型钛合金零件的加工方法，采用刚度加强工装内外对顶式装夹，基于刀具零 件设备整体颤振稳定域分析的参数选用方式，底面仿形的加工方式，刀具选用圆形刀片；该 方法具体步骤如下：

第一步：设计刚度增强工装增强零件的刚性，根据零件1的内部情况，采用刚度加强工 装2内外对顶式装夹夹持零件，将零件1和刚度加强工装2有效的连接成一个刚性主体；装 夹过程中采用内外对顶式装夹的方式抵消零件的夹持变形；其中，零件1置于刚度加强工装 2的底座23上，零件的加工部位采用刚度加强工装2的外对顶式装夹22进行夹持，零件内 部采用刚度加强工装2的主梁21作为传力装置。

第二步：将机床、刀具、零件1和刚度加强工装2作为一个整体进行颤振分析，测试整 体的颤振频率曲线，在颤振曲线的下方区域选取切削参数，根据颤振仿真情况，选取合理的 切削参数；

第三步：利用CAM软件建立模型，选用刀具底平面仿形的方式，进行切削路径生成，利 用底平面仿形的切削方式完成零件的加工；

第四步：利用圆形刀片作为切削刃，通过切削深度控制主偏角的变化，完成零件的加工。

工作原理：本发明为一种薄壁异型钛合金零件的加工方法，通过增强工艺装备的设计、 装夹方式、刀具及切削参数的选用、加工方式的调整解决薄壁异型钛合金铸造舱体加工过程 中的颤振问题。

本发明的加工方法,其技术方案是：刚度加强工装采用三个主梁21作为主要传力装置， 在加工部位采用外对顶式装夹22，底部采用底座23作为主要承力装置。首先根据零件的特 点设计刚性加强工艺装备，考虑体积与重量两方面因素，确定刚度加强工装2的主梁21尺寸， 主梁21为刚性增强的根本结构，成为整个工艺系统刚性的主要结构；根据零件的内形特点设 计支撑爪结构，使零件1的蒙皮受力有效传递到主梁21，使零件1与刚度加强工装2形成一 个刚性主体，如图1所示。选择合理的夹持点，使零件的内外夹持力作用于同一点，抵消了 装夹力产生的零件夹持变形。利用颤振分析软件将机床、刚度加强工装2、零件1、刀具作为 一个整体进行颤振分析，在分析的基础上选取切削参数，本次选取参数的目的是为了避开工 艺系统的振动频率，从而避免加工过程中的颤振现象，切削参数选择颤振模拟图见图2。通 过CAM软件，采用平底镶齿刀具采用底面加工仿形的方式进行零件外形的仿形加工，采用该 种切削方式，可有效地减少切削过程中的切削力，改善零件加工过程中的受力情况，使零件 的切削受力主要集中于平行于外平面的方向，减少垂直于零件1的切削力，有效避免零件加 工过程中对薄壁区域的垂直冲击，避免颤振现象的发生。圆形刀片具有强壮的切削刃，通过 改变切深，控制合理的主偏角，为均匀分配切削刃上的载荷，采用坡走刀的方式进行切削。 控制均匀的转角切削速度，维持均匀的切削载荷。

上述的方法并不是限定本发明要按上述步骤进行，而是可以根据实际加工的零件在采用 刚度加强工装的基础上，任意选用上述步骤进行加工。

具体实例

试验加工的零件为航天钛合金薄壁零件，使用北京航空航天大学的OPTICUT软件进行切 削参数选用，利用UG软件进行CAM程序设计及工艺装备设计，使用西班牙生产的KPU4000作 为加工设备，刀具规格20mm，切深1mm，切宽12mm，转速900r/min，进给400mm/min。零件 1结构为铸造舱体。

主要工艺设计过程如下：设计刚度加强工装如图1所示，根据零件1尺寸调整装夹部位。 利用CAM软件生成平底刀底面仿形加工程序，利用颤振分析软件进行颤证分析如图2所示， 选用圆形镶齿刀具，其刀具的刀片圆形刀片进行零件的切削加工，加工后零件壁厚3mm。

利用上述加工方法加工后的零件，外形尺寸公差0.1mm，表面粗糙度1.6，加工过程中未 发生颤振现象。

本发明提出了薄壁异型钛合金零件的加工新方法，改善了薄壁异型钛合金零件加工过程 中的颤振问题，提高了加工质量，降低了加工成本，提高了加工效率。本智力成果运用于实 际生产中会产生很大的经济效益，具有很强的应用前景。