CN103551856B - 防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，属于钛合金机械加工技术领域，本发明调整了工艺路线，将钻孔、铣弧形槽工序提前并增加稳定处理，以减少机加应力；将普车加工转为数控加工，并采用全过程无人干预数控程序，均匀去除余量，避免人为上刀补不均匀造成的机加应力大的问题；采用加长刀杆，将两内孔和小端面同时加工，保证了两内孔的同轴度和小端面的跳动；改进夹具装夹方案，解决加工时零件振颤引起的变形问题，突破了大型钛合金薄壁铸件安装边变形的技术瓶颈，保证了零件设计要求。

Description

防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法

技术领域

本发明属于钛合金机械加工技术领域，具体涉及一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法。

背景技术

在机械加工技术中，特别是在高精度大型钛合金薄壁铸件的加工制造中，安装边变形问题一直是一大技术难点，严重影响工件的合格率。此类技术在以前从未有过，是首次接触，没有类似可借鉴的加工工艺。钛合金安装座是重要件，结构复杂，尺寸精度较高，技术条件要求多且极为严格，安装边壁厚不到3mm，辐板型面为3.5mm，零件材料为钛合金，属难加工材料，按照以往的加工方式加工，安装座安装边总存在很大的变形0.6～2mm，甚至已经严重影响到零件的合格交付，控制安装座安装边变形已经成为一个亟待解决的技术瓶颈，急需研发一种高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的控制方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，以达到防止钛合金薄壁铸件安装边变形，提高产品合格率，保证安装座生产的顺利进行的目的。

一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，包括以下步骤：

步骤1、采用车床对安装座毛料铸件进行粗车加工；

步骤2、采用数控机床对粗车加工后的铸件进行半精车加工，加工位置为铸件前端小端面、前端内孔、外圆、后端小端面、后端内孔和安装边；

步骤3、在数控加工中心上将前端小端面圆周上钻若干孔；

步骤4、在数控加工中心上将铸件的后端内孔内铣若干个半圆槽；

步骤5、采用真空炉对铸件进行热处理，温度550℃，时间2.5～4.5小时，实现去除应力；

步骤6、在数控车床上将后端小端面和后端内孔进行精车基准；

步骤7、在数控车床上将铸件安装于防震颤夹具上，采用长刀杆对前端内孔内壁的光滑区、前端小端面、后端内孔和后端小端面进行精车。

步骤7所述的防震颤夹具，该夹具包括底座1、导块6、支板5、压板7、定位环2、螺杆4、压盖8、支撑杆13和支撑杆16，其中，在底座1的边缘均匀设置有若干个导块6，支板5通过导块6固定于底座1，用于固定铸件安装边的压板7通过螺栓连接支板5上；底座1上还设置有用于固定铸件后端小端面的定位环2；螺杆4通过底座1圆心，一端固定于底座1，另一端通过螺母固定于压盖8；所述的压盖8边缘上均匀设置有若干个用于固定铸件的支撑杆16，底座1上设置有与压盖8用于固定铸件的支撑杆16相对应设置的支撑杆13，所述的用于固定铸件的支撑杆16和相对应设置的支撑杆13之间固定铸件。

本发明优点：

本发明一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，解决了大型钛合金薄壁铸件安装边变形的技术难题；钛合金安装座是一个复杂结构的大型薄壁零件，最大直径φ560，不仅尺寸精度、形位公差要求极高，而且在内孔边缘圆周上有若干个分布的小孔，最薄处壁厚仅为3mm，深腔螺纹的加工难度非常大；调整工艺路线，将钻孔、铣弧形槽工序提前并增加稳定处理，以减少机加应力；考虑到半精车去除余量大，因机加应力造成的大端面变形很大，将半精车工序从普车转为数控加工，并采用全过程无人干预数控程序，均匀去除余量，避免人为上刀补不均匀造成的机加应力大的问题；将精车大端面从普车转为数控加工，控制进刀量，充分浇注冷却液，减少切削热，解决加工时零件的变形问题；同时将精车内孔和小端面从普车转为数控加工，研究外购刀具方案，采用外购加长刀杆，将两内孔和小端面同时加工，保证了两内孔的同轴度和小端面的跳动；还研究改变零件装夹方式，即改进夹具装夹方案，解决加工时零件振颤引起的变形问题，突破了大型钛合金薄壁铸件安装边变形的技术瓶颈，保证了零件设计要求，可在同类零件中推广使用，为类似零件加工提供了宝贵的经验，对制造技术水平的提升，具有深远的意义和无法估计的经济效益。

附图说明

图1为本发明一种实施例的防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法流程图；

图2为本发明一种实施例的安装座后端小端面、后端内孔和外圆结构示意图；

图3为本发明一种实施例的安装座前端小端面、前端内孔和安装边结构示意图；

图4为本发明一种实施例的安装座深孔示意图，其中，图(a)为俯视图，图(b)为主视图；

图5为本发明一种实施例的安装座弧形槽示意图，其中，图(a)为主视图，图(b)为俯视图；

图6为本发明一种实施例的双向带辅助支撑防振颤夹具结构示意图，其中，图(a)为夹具的主视图，图(b)为夹具的左剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，安装座是一个复杂结构的大型薄壁钛合金零件，最大直径φ560，不仅尺寸精度、形位公差要求极高，而且在φ184内孔边缘圆周上有55个均布的φ6小孔，最薄处壁厚仅为3mm，总长85。安装轴承的内孔尺寸安装石墨环的内孔尺寸 两内孔之间的同轴度为0.03，轴承挡边对其内孔的跳动为0.015，轴承内孔对外圆基准的同轴度为0.03，安装边对外圆基准的跳动为0.03。

一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，方法流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、采用车床对安装座毛料铸件进行粗车加工；

本发明实施例中，将安装座的铸件毛坯放置在普通设备上粗车基准，端面去除约1mm余量，内孔单边去除0.5～5mm余量。

步骤2、采用数控机床对粗车加工后的铸件进行半精车加工，加工位置为铸件前端小端面d、前端内孔e、外圆c、后端小端面a、后端内孔b和安装边f；

后端小端面a、后端内孔b和外圆c：

如图2所示，本发明实施例中，将粗车后的半成品铸件放入数控车床中，进行半精车后端小端面a和后端内孔b，以前端小端面d和前端内孔e为基准，涨紧前端内孔e，加工前找正最小内孔表面跳动不大于0.1mm。考虑到半精车去除余量大，后端内孔b和外圆c各去除1.5mm，后端小端面a去除2.5mm。因机加应力造成的大端面变形很大，甚至能达到1～2mm，采用全过程无人干预数控程序，均匀去除余量，每次进刀量≤0.3mm，避免人为上刀补不均匀造成的机加应力大的问题；加工后粗糙度达到Ra1.6mm。

前端小端面d、前端内孔e和安装边f：

如图3所示，本发明实施例中，将半精车后的半成品铸件放入数控车床中，进行半精车前端小端面d、前端内孔e和安装边f。以后端小端面a和后端内孔b为基准，支撑安装边f，压紧安装边f或后端小端面d，加工前找正最小内孔表面跳动不大于0.1mm。考虑到半精车去除余量大，止口大外圆(安装边f中的小端面)单边最大余量去除19mm，前端内孔e去除1.5mm，前端小端面d去除1mm。因机加应力造成的大端面变形很大，甚至能达到1～2mm，采用全过程无人干预数控程序，均匀去除余量，每次进刀量≤0.3mm，避免人为上刀补不均匀造成的机加应力大的问题。加工后粗糙度达到Ra1.6mm。

步骤3、在前端小端面d圆周上钻若干孔；

如图4所示，本发明实施例中，将半精车后的安装座放在数控加工中心上，在前端小端面d圆周上钻55个深度为40mm的孔g，以后端小端面a为基准，压紧前端小端面d并钻孔g。

步骤4、在铸件的后端内孔b内铣若干个半圆槽；

如图5所示，本发明实施例中，将钻孔后的安装座放在数控加工中心上铣3处弧形槽h。以前端小端面d为基准，压紧后端小端面a铣槽。

步骤5、采用真空炉对铸件进行热处理，实现去除应力；

本发明实施例中，将铣完弧形槽的安装座进行消除应力热处理。采用真空热处理炉，温度550℃，时间2.5～4.5小时，以消除机械加工带来的应力。

步骤6、对后端小端面a和后端内孔b进行精车基准；

本发明实施例中，将消除应力热处理后的安装座放在数控车床上进行车修基准；以前端小端面d和前端内孔e为基准，涨紧前端内孔e，加工前找正最小内孔表面跳动不大于0.05mm。加工后保证后端内孔b公差0.05mm，后端小端面a公差0.1mm，粗糙度达到Ra1.6mm。

步骤7、将铸件安装于防震颤夹具上，采用长刀杆同时对前端内孔e的光滑区、前端小端面d、后端内孔b和后端小端面a进行精车。

如图6中的图(a)和图(b)所示，本发明实施例中，采用双向带辅助支撑防振颤的专用夹具，以解决加工时零件振颤引起的变形问题；其中，夹具包括底座1、导块6、支板5、压板7、定位环2、螺杆4、压盖8和支撑杆13，在底座1的边缘圆周均匀设置有8个导块6，8个支板5通过导块6固定于底座1，本发明实施例中，采用六角头压紧螺钉20将支板5固定于导块6上；用于固定铸件安装边的压板7通过螺栓螺纹连接在支板5上，本发明实施例中，压板7与支板5之间的螺栓22上还设置有弹簧21和垫圈23，通过螺母25、压紧母钉24、螺钉26和销子27实现压板7压紧铸件安装边；底座1上还设置有用于固定铸件后端小端面的定位环2，本发明实施例中，通过螺钉10和销子12将定位环2固定于底座1上；螺杆4通过底座1圆心，一端固定于底座1，另一端通过螺母固定于压盖8，本发明实施例中，螺杆4与底座1之间还设置有衬套3，衬套3通过螺钉11固定于底座1上；所述的压盖8边缘圆周上均匀设置有18个用于固定铸件辅板的支撑杆16，底座1上也设置有与压盖8支撑相对应的18个支撑杆13，本发明实施例中，底座1上的支撑杆13通过螺母14与底座1螺纹连接，采用六角头压紧螺钉作为压盖8上的支撑杆16，所述的支撑杆13与支撑杆16之间固定铸件辅板，支撑杆16四周还设置有用于固定的螺钉15；压盖8的圆心部分还设置有垫块9，垫块9通过螺钉19和销子17固定于压盖8上；底座1边缘圆周上还设置有8个测量块30，测量块30通过螺钉29固定于底座1上。

专用夹具有定位部分和压紧部分，用内孔、小端面和安装边进行定位，用另一侧的小端面压紧。其中定位部分底座包括一个方向的18个辅助支撑，压紧部分包括一个方向的18个辅助支撑，辅助支撑采用双向对顶，增加了刚性，双向顶紧力可互相抵消，加工时可防振颤。加工后保证止口外圆公差0.04mm，端面公差0.1mm，粗糙度达到Ra1.6mm；限位状态下安装边f对止口外圆的跳动0.03，前端内孔、前端小端面对止口外圆的跳动0.03，粗糙度为Ra1.6mm，内螺纹符合螺纹量规要求。

精车前端内孔e的光滑区和前端小端面d：

将精车基准后的安装座放在数控车床上进行精车前端内孔e的光滑区和前端小端面d。以后端内孔b、后端小端面a为基准，涨紧后端内孔b，压紧前端小端面d或前端内孔e里最小端面，加工前找正止口外圆表面跳动不大于0.05mm。

精车后端内孔b和后端小端面a：

将精车前端内孔e的光滑区和前端小端面d后的安装座放在数控车床上进行精车后端内孔b和后端小端面a。以止口外圆和安装边f为基准，压紧安装边f，找正内孔表面跳动不大于0.015mm。采用外购加长刀杆，将两内孔(前端内孔e和后端内孔b)和小端面(前端小端面d和后端小端面a)一起加工，保证两内孔的同轴度和小端面的跳动。加工后保证内孔公差0.025mm，端面公差0.1mm，粗糙度达到Ra1.6mm；限位状态下，前端内孔e光滑部分对止口外圆的同轴度0.03，前端内孔e和前端小端面d对内孔光滑部分的跳动为0.015，后端小端面a对内孔的跳动0.03，后端内孔b对前端内孔e光滑部分的同轴度为0.03，粗糙度为Ra1.6mm。

综上所述，本发明实施例中，针对于现有技术做如下改进：

1、工艺路线的调整

将钻55个孔及铣弧形槽工序提前，并增加消除应力热处理工序。避免钻55个孔及铣弧形槽引起的变形，减少机加应力引起的变形，记录钻孔、铣弧形槽、稳定处理前后内孔、端面的跳动量。通过加工试验解决了钻孔、铣弧形槽后对零件的端面、内孔产生变形的影响，有效地提高了产品质量。

原工艺路线：

(以前工序略)工序半精车后端内孔、后端小端面和外圆→工序半精车前端内孔、前端小端面和安装边→工序精车后端内孔、后端小端面和外圆→工序精车前端内孔、前端小端面、安装边及光滑区→工序划中心线→工序镗孔→工序钻第一面孔→工序去毛刺→工序钻铰第二面孔及螺纹→工序精车一端内孔→工序精车另一端内孔→(以后工序略)

调整后的工艺路线内容：

(以前工序略)工序半精车第一面内孔外圆→工序半精车前端内孔、前端小端面和安装边→工序划线→工序钻孔→工序铣3处弧形槽→工序消除应力热处理→工序车修基准→精车后端内孔、后端小端面和外圆及光滑区→工序精车内孔及端面→工序划中心线→39工序镗孔→工序钻第一面孔→工序去毛刺→工序钻铰第二面孔及螺纹→(以后工序略)

2、将普车加工改为数控加工

将半精车改为数控加工，考虑到半精车去除余量大，因机加应力造成的大端面变形很大，甚至能达到1～2mm，采用全过程无人干预数控程序，均匀去除余量，避免人为上刀补不均匀造成的机加应力大的问题。将精车大端面从普车转为数控加工，控制进刀量，充分浇注冷切液，减少切削热，解决加工时零件的变形问题。

3、更改精车夹具解决零件精车振颤问题。

研究改变零件装夹方式，改进夹具装夹方案，采用双向带辅助支撑防振颤的专用夹具，解决加工时零件振颤引起的变形问题。专用夹具有定位部分和压紧部分，用小端内孔和端面定位，用另一侧的小端面压紧。其中定位部分底座包括一个方向的18个辅助支撑，压紧部分包括一个方向的18个辅助支撑，辅助支撑采用双向对顶，增加了刚性，双向顶紧力可互相抵消，加工时可防振颤。

4、将精车两面孔工序合并在数控车床上加工

将精车内孔和小端面从普车转为数控加工，研究外购刀具方案，采用外购加长刀杆，将两内孔和小端面一起加工，保证两内孔的同轴度和小端面的跳动。

经过采用以上步骤加工的安装座，安装边变形得到了很好的控制，自由状态下，安装边变形从0.6～2mm减少到0.15～0.2mm，止口外圆直径尺寸公差从原先的0.05～0.08mm到0.04mm合格，后端内孔对前端内孔光滑部分的同轴度从0.03～0.06mm到0.03mm，前端小端面内孔公差从0.02～0.035到0.025合格。突破了大型钛合金薄壁铸件安装边变形的技术瓶颈，保证了零件设计要求，可在同类零件中推广使用，为类似零件加工提供了宝贵的经验，对制造技术水平的提升，具有深远的意义和无法估计的经济效益。

Claims (2)

1.一种防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、采用车床对安装座毛料铸件进行粗车加工；

步骤2、采用数控机床对粗车加工后的铸件进行半精车加工，加工位置为铸件前端小端面、前端内孔、外圆、后端小端面、后端内孔和安装边；

步骤3、在数控加工中心上将前端小端面圆周上钻若干孔；

步骤4、在数控加工中心上将铸件的后端内孔内铣若干个半圆槽；

步骤5、采用真空炉对铸件进行热处理，温度550℃，时间2.5～4.5小时，实现去除应力；

步骤6、在数控车床上将后端小端面和后端内孔进行精车基准；

步骤7、在数控车床上将铸件安装于防震颤夹具上，采用长刀杆对前端内孔内壁的光滑区、前端小端面、后端内孔和后端小端面进行精车。

2.根据权利要求1所述的防止高精度大型钛合金薄壁铸件安装边变形的加工方法，其特征在于，步骤7所述的防震颤夹具，该夹具包括底座(1)、导块(6)、支板(5)、压板(7)、定位环(2)、螺杆(4)、压盖(8)、支撑杆(13)和支撑杆(16)，其中，在底座(1)的边缘均匀设置有若干个导块(6)，支板(5)通过导块(6)固定于底座(1)，用于固定铸件安装边的压板(7)通过螺栓连接支板(5)上；底座(1)上还设置有用于固定铸件后端小端面的定位环(2)；螺杆(4)通过底座(1)圆心，一端固定于底座(1)，另一端通过螺母固定于压盖(8)；所述的压盖(8)边缘上均匀设置有若干个用于固定铸件的支撑杆(16)，底座(1)上设置有与压盖(8)用于固定铸件的支撑杆(16)相对应设置的支撑杆(13)，所述的用于固定铸件的支撑杆(16)和相对应设置的支撑杆(13)之间固定铸件。