CN113231844B - 一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法，包括步骤如下：步骤一、根据薄壁大圆环钛合金零件的外形尺寸，制作专用装夹工装及专用加工刀具；步骤二、使用专用装夹工装对待加工零件(7)进行预压；步骤三、对步骤二所得的组合压装待加工零件(7)进行稳固压装处理，通过花盘(5)，用压板(6)内侧顶紧待加工零件(7)；通过热处理消除应力；步骤四、制作快换刀柄；步骤五、对待加工零件(7)的各内孔及外圆进行车削加工，得到薄壁大圆环钛合金零件。本发明的方法可以提高尺寸的稳定性、表面粗糙度以及降低生产成本等。

Description

一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，涉及一种薄壁大圆环钛合金件的加工方法。

背景技术

某产品安装边属于大圆环零件，该零件是航空发动机的关键部件，批量大，加工难度高，其加工质量的好坏，严重影响着发动机运转的性能参数。该零件结构如图1所示，零件属于薄壁大型件，壁厚只有1.5mm，薄壁大外径与壁厚的比值为L/t＞637(L为外圆直径，t为壁厚)。零件材料为钛合金TC4，该材料属于α+β相钛合金，导热性差、弹性模量小，机械加工时容易产生较大的切削热和切削力，使零件产生比较严重的变形，影响最终加工精度，该材料属于难加工材料。

对于薄壁大圆环件的加工，传统加工方式是采用普通装夹方式，先车出内孔，留余量，再装夹，再精车，加工刀具也是普通刀具，采用此加工方法加工零件变形大，最大处有0.1mm的差值，造成尺寸超差，同时在加工过程中还易出现零件颤动及振刀现象，严重影响零件加工表面精度，降低刀具的使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种钛合金薄壁大圆环类零件加工方法，可以提高尺寸的稳定性、表面粗糙度以及降低生产成本等。针对此难题制定了新的加工方法并通过设计工装及专用车刀刀具，加工出了满足使用要求的零件。此种加工方法也可用于其它材料的薄壁大圆环类零件加工。

本发明所采用的技术方案是：一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法，包括步骤如下：

步骤一、根据薄壁大圆环钛合金零件的外形尺寸，制作专用装夹工装及专用加工刀具，专用装夹工装包括花盘、压板、T型螺栓；

步骤二、使用专用装夹工装对待加工零件进行预压：通过压板及T型螺栓将待加工零件预压在花盘上，在待加工零件小端面内侧预留压装用工艺压头；

步骤三、对步骤二所得的组合压装待加工零件进行稳固压装处理，通过花盘，用压板内侧顶紧待加工零件；通过热处理消除应力；

步骤四、制作快换刀柄，快换刀柄包括刀柄主体、顶紧螺栓、刀体、刀片；

根据加工不同的面进行刀体与刀片更换，其中，刀片包括三种，分别是45°端面车刀、80°左手外圆车刀、80°右手外圆车刀；

步骤五、对待加工零件的各内孔及外圆进行车削加工，得到薄壁大圆环钛合金零件。

步骤五的具体步骤如下：

5.1、使用刀体及45°端面车刀，车待加工零件上下两端面，互做定位基面；

5.2、以待加工零件小端面为定位基准，用压板外压大端面内侧；保持刀柄主体不动，分别更换刀体及刀片，使用80°左手车刀和45°端面车刀分别车待加工零件的内孔和内端面；

5.3、保持待加工零件小端面为定位基准不变，通过花盘5和在其直径方向的螺纹孔，用压板顶持待加工零件的内侧；使用45°端面车刀及80°右手车刀分别车待加工零件的大端面及外圆，并倒角1×45°；

5.4、以加工过的圆环大端面为定位基准，使用压板压小端面内侧的工艺压头；更换刀体及刀片，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件的外圆和小端面；

5.5、以加工过的待加工零件小端面为定位基准，将压板内压在预留工艺压头处，刀柄主体不动，更换刀体及刀片，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件的外圆和倒角；

5.6、以加工过的待加工零件大端面为定位基准，使用压板内压预留工艺压头处，保持刀柄主体不动，更换刀体及刀片，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件的外圆和端面；

5.7、保持步骤5.6中的定位基准不变，使用压板压外圆端面，外圆处用压板压固；更换刀体及刀片，使用45°端面车刀车端面及使用80°左手刀将内孔处预留的压装工艺压头车掉并达到图纸要求。

花盘的直径比待加工零件的直径大。

本发明与现有技术相比的优点是：

(1)本发明设计专用工装花盘，以便工件与花盘紧密贴实，保证工件平面度。通过热处理消除应力控制变形，使零件释放加工应力和材料应力，提高精加工后零件尺寸精度的稳定性。设计只适合立式车床专用的快换刀柄、刀体及相应的刀片以加工不同的面及位置，避免换刀重新找正，节省时间，提高效率，应用此方法可以实现薄壁大圆环钛合金件低变形加工，此加工方法也可应用于其它材料薄壁大圆环类零件。

(2)本发明针对钛合金材料及薄壁大圆环件的特点，设计适合车床专用的刀柄，快换刀体及相应的刀片以加工不同的面及位置，避免换刀重新找正，结省时间，提高了加工效率。

(3)本发明在零件内圆侧预留工艺压头，作为压装位置，待精加工最后一序时，再切掉，避免因压板压装精加工面而引起零件变形。在零件外侧直径方向设有压板顶紧装置，仅靠压板顶紧装置与零件间的摩擦力来固定，以达到在粗、半精加工、精加工时零件应力完全释放。同时装拆零件时无需全部拆下压板顶紧装置，以快速更换待加工件，零件换装操作简单，换装效率高。零件大内环侧设有6个固定定位块，既是基准又是固定用定位块，以便更换零件时不用再重新找正，直接更换，提高效率及准确度。

(4)本发明适合车床专用的快换刀柄、刀体及相应的刀片以加工不同的面及位置，避免换刀重新找正，节省时间，提高效率，应用此方法可以实现薄壁大圆环钛合金件低变形加工，此加工方法也可应用于其它材料薄壁大圆环类零件。

附图说明

图1为薄壁大圆环零件图；

图2为薄壁大圆环零件加工工装结构图；

图3为快换刀柄、刀体示意图。

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明进行说明。

如图1、图2、图3所示，本发明公开一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法，具体步骤如下：

步骤一、根据薄壁大圆环钛合金零件的外形尺寸，制作专用装夹工装及专用加工刀具，专用装夹工装包括花盘5、压板6(根据加工部位的不同，选择不同的压装方式，即可以压紧又可以顶紧使用)、T型螺栓8；

步骤二、使用专用装夹工装对待加工零件7进行预压：通过压板6及T型螺栓8将待加工零件7预压在花盘5上，在待加工零件7小端面内侧预留压装用工艺压头；

步骤三、对步骤二所得的组合压装待加工零件7进行稳固压装处理，通过花盘5，用压板6内侧顶紧待加工零件7；通过热处理消除应力；

步骤四、制作快换刀柄，快换刀柄包括刀柄主体1、顶紧螺栓2、刀体3、刀片4；刀片4安装在刀体3上，刀体3通过顶紧螺栓2安装在刀柄主体1上；

根据加工不同的面进行刀体3与刀片4更换，其中，刀片4包括三种，分别是45°端面车刀、80°左手外圆车刀、80°右手外圆车刀；

步骤五、对待加工零件7的各内孔及外圆进行车削加工，得到薄壁大圆环钛合金零件。具体步骤如下：

针对钛合金材料的特殊性定制相应的刀柄、快换刀体及相应的刀片以加工不同的面及位置；加工不同形状的面，需更换不同的刀体及刀片，而刀柄、顶紧螺栓是不变的，以此可节省换刀及对刀时间，提高加工效率，具体如下：

1)使用专用工装装夹，将待加工的待加工零件7轻放在花盘5上，内环直径方向平均依次设有6个压板，轻轻压住薄壁大圆环，加工时使其应力完全释放。特设计快换刀柄，使用快换刀柄的刀体3及刀片4(45°端面车刀)，车薄壁大圆环上下两端面为下序互做定位基面。

2)以上序加工的待加工零件7小端面为定位基准，用压板6外压大端面内侧，压板尽量靠内侧；刀柄不动，更换刀体3及刀片4(80°左手车刀)(45°端面车刀)车内孔和内端面。

3)上序的定位基准不变，通过改变压装方式及压装位置，通过花盘5，在其直径方向的螺纹孔，用压板6轻轻顶持待加工零件7的内侧。用快换刀柄的刀体3及刀片4(45°端面车刀)及(80°右手车刀)分别车大端面及外圆，并倒角1×45°。

4)以加工过的圆环大端面为定位基准，压板压小端面内侧的工艺压头，压板尽量靠内侧。刀柄主体1不动，更换刀体3及刀片4(80°右手车刀)(45°端面车刀)车外圆和小端面。

5)以加工过的待加工零件7小端面为定位基准，压板6内压在预留工艺压头处，刀柄主体1不动，更换刀体3及刀片4(80°右手车刀)(45°端面车刀)车外圆和倒角，为后序作为定位基准做准备。

6)以加工过的待加工零件7大端面为定位基准，压板6内压预留工艺压头处，压板尽量靠内圆内侧，刀柄主体1不动，更换刀体3及刀片4(80°右手车刀)(45°端面车刀)车外圆和端面。

7)上序的定位基准不变，通过改变压装方式及压装位置，压板6压外圆端面，外圆处用压板压固，压固力要均匀，基本是不受力的，仅靠压板与待加工零件7间的摩擦力来达到固定的目的，以保证薄壁大圆环在加工时应力完全释放。此时刀柄主体1不动，更换刀体3及刀片4(45°端面车刀)车端面及用(80°左手刀)将内孔处预留的压装工艺压头车掉并达图纸要求。

采用特定设计的工装、刀具及加工工艺后，加工出的零件质量稳定，壁厚误差在0.03以内，内孔及外圆表面粗糙度Ra0.8，零件合格率达到100％，缩短了生产周期、提高了生产效率、节约大量生产成本，此方法可以为类似的钛合金薄壁大圆环件加工提供有力的技术支持。

花盘5的外形尺寸需比待加工零件7的外圆尺寸稍大些，以便压装时有足够空间。使工件与花盘紧密贴实，保证工件平面度。通过热处理消除应力控制变形，使零件释放加工应力和材料应力，提高精加工后零件尺寸精度的稳定性。

刀体3与刀片4是根据加工不同的面进行更换。设计只适合立式车床专用的刀柄，快换刀体及相应的刀片以加工不同的面及位置，避免换刀重新找正，节省时间，提高了加工效率。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法，其特征在于，包括步骤如下：

步骤一、根据薄壁大圆环钛合金零件的外形尺寸，制作专用装夹工装及专用加工刀具，专用装夹工装包括花盘(5)、压板(6)、T型螺栓(8)；

薄壁大圆环钛合金零件的薄壁大外径与壁厚的比值为L/t＞637，L为外圆直径，t为壁厚；薄壁大圆环钛合金零件材料为钛合金TC4，该材料属于α+β相钛合金；

步骤二、使用专用装夹工装对待加工零件(7)进行预压：通过压板(6)及T型螺栓(8)将待加工零件(7)预压在花盘(5)上，在待加工零件(7)小端面内侧预留压装用工艺压头；

步骤三、对步骤二所得的组合压装待加工零件(7)进行稳固压装处理，通过花盘(5)，用压板(6)内侧顶紧待加工零件(7)；通过热处理消除应力；

步骤四、制作快换刀柄，快换刀柄包括刀柄主体(1)、顶紧螺栓(2)、刀体(3)、刀片(4)；刀片(4)安装在刀体(3)上，刀体(3)通过顶紧螺栓(2)安装在刀柄主体(1)上；

根据加工不同的面进行刀体(3)与刀片(4)更换，其中，刀片(4)包括三种，分别是45°端面车刀、80°左手外圆车刀、80°右手外圆车刀；

步骤五、对待加工零件(7)的各内孔及外圆进行车削加工，得到薄壁大圆环钛合金零件；

步骤五的具体步骤如下：

5.1、使用刀体(3)及45°端面车刀，车待加工零件(7)上下两端面，互做定位基面；

5.2、以待加工零件(7)小端面为定位基准，用压板(6)外压大端面内侧；保持刀柄主体(1)不动，分别更换刀体(3)及刀片(4)，使用80°左手车刀和45°端面车刀分别车待加工零件(7)的内孔和内端面；

5.3、保持待加工零件(7)小端面为定位基准不变，通过花盘5和在其直径方向的螺纹孔，用压板(6)顶持待加工零件(7)的内侧；使用45°端面车刀及80°右手车刀分别车待加工零件(7)的大端面及外圆，并倒角1×45°；

5.4、以加工过的圆环大端面为定位基准，使用压板(6)压小端面内侧的工艺压头；更换刀体(3)及刀片(4)，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件(7)的外圆和小端面；

5.5、以加工过的待加工零件(7)小端面为定位基准，将压板(6)内压在预留工艺压头处，刀柄主体(1)不动，更换刀体(3)及刀片(4)，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件(7)的外圆和倒角；

5.6、以加工过的待加工零件(7)大端面为定位基准，使用压板(6)内压预留工艺压头处，保持刀柄主体(1)不动，更换刀体(3)及刀片(4)，使用80°右手车刀和45°端面车刀车待加工零件(7)的外圆和端面；

5.7、保持步骤5.6中的定位基准不变，使用压板(6)压外圆端面，外圆处用压板(6)压固；更换刀体(3)及刀片(4)，使用45°端面车刀车端面及使用80°左手刀将内孔处预留的压装工艺压头车掉并达到图纸要求。

2.根据权利要求1所述的一种薄壁大圆环钛合金零件的加工方法，其特征在于，花盘(5)的直径比待加工零件(7)的直径大。

Images