CN104096888A - 一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空领域的钛合金工件加工，特别涉及一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其公开了一种钛合金高效粗加工的具体方法和相关的参数，本方法涉及领域的现有技术，针对钛合金工件的加工效率低下问题，经过大量的资金投入，耗费了大量的钛合金材料、人力，研发出了本方法，其刀具使用寿命长，对钛合金单位时间的去除量大大增加，对钛合金工件型腔粗加工的效率提升了12.6倍，高效、经济。

Description

一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法

    技术领域

本发明涉及航空领域的钛合金工件加工，特别涉及一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法。

背景技术

现有技术中，对钛合金工件的粗加工一般分为外形轮廓粗加工、型腔粗加工，

外形轮廓粗加工时，一般采用的加工途径是刀片式盘铣刀∕每层分层加工，该方式金属去除率较高但因材料弹性模数小，导致刀片磨损严重寿命较短，刀片损耗大经济性不明显。

 型腔粗加工时，一般采用的加工途径是刀片式刀具小切深低进给分层铣削方式，该类刀具中即使是号称进给王的某品牌快进给刀片也不过达到1000MM∕每分钟的刀具进给速度，且快进给刀具使用过程中的每刀切深不能大于2MM（如图2），而常规刀片式方肩铣刀或者圆鼻刀片虽能在切深方面大于快进给刀具但进给速度却是低至300MM∕每分钟，其效率太低，而且使用此种方式铣削因刀具原因（刀具后角较小刃口不锋利强度低不能进行长时间螺旋下切），还需在加工前预钻下刀孔并扩孔（如图1），进一步降低了加工效率。除效率低下之外此类刀具的寿命也很低，表现最好的机夹式刀片在满载的情况之下均不超过2小时，如满载切削往往一个班次的钛件粗加工就需要更换4组以上刀片(注：每组3颗刀片)，且在加工过程中还需小心观察加工过程，防止刀片脱落或崩损造成的质量事故，经济性相当差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种高效、经济的钛合金高效粗加工方法。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其步骤包括：

步骤一，选择毛坯件，固定于工作台；

步骤二，对毛坯件进行外形轮廓的粗加工；

步骤三，对工件进行型腔的粗加工，为铣加工；

步骤二、三中，铣加工时，用硬质合金立铣刀，选择整体硬质合金立铣刀或高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀，运用高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀时，铣刀直径￠60mm，刀尖圆角R1，一次性下切，切深40mm，再按外形轮廓进行恒定仿形铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触（如图3），步距20mm，主轴转速130 r/min，进给速度110mm/min，刀具线速度24.5m/min，每刃进给0.141mm，刀刃数6刃；

运用整体刃硬质合金立铣刀时，铣刀直径￠25 mm，刀尖圆角R4，一次性螺旋下切，切深30mm，再在水平方向进行恒定扩散铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距8mm，主轴转速600 r/min，进给速度550mm/min，刀具线速度47.1m/min，每刃进给0.152mm，刀刃数6刃； 

所述的刀具参数是反复试验多次，因为钛合金材料昂贵，反复试验使该研发机构投入了大量资金，最初设计了主要为两种材料（整体硬质合金基体和高速钢基体）三种结构（整体硬质合金立铣刀﹑高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀﹑高速钢立铣刀）的实验样刀十余种，经过车间铝件﹑钢件过渡性切削测试并筛选后最终确定了两种不同材料样刀（整体硬质合金立铣刀﹑高速钢立铣刀）（因高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀已经在前期钛合金零件加工中成功使用效果较好，故后期实验未再对该型号刀具进行测试），继续进行了对钛合金框类零件的切削实验，高速钢铣刀对外形进行粗加工的实验过程中因刀具散热问题宣告失败，但是整体硬质合金立铣刀的测试获得了非常理想的效果，尤其是整体硬质合金立铣刀的型腔粗铣更是属行业内首创，该加工策略材料去除率极高，而极佳的切削条件有力的保证了刀具寿命使之能够保证1支刀具就完成所有型腔粗加工，当所加工工件尺寸过小，所述的直径￠60mm、￠25mm的铣刀无法加工时，缩小刀具，所述铣刀直径最小缩小到￠16 mm，当铣刀直径为￠16 mm或￠20mm时，其刀尖圆角为R3，所述的刀具的切深、步距、进给速度、每刃进给的参数缩小比例和铣刀直径缩小比例相同；该方法使刀具寿命变长，从而使其经济性大增，同时提高了每分钟的去除量，提高了效率。

作为本发明的优选方案，所述步骤一中，选择毛坯件为选择TA15或TC18的毛坯件，在航空领域的钛合金一般TA15或TC18较常见。

作为本发明的优选方案，所述步骤一中，通过若干压板把毛坯件固定于工作台上，同时在毛坯件底部用垫板支撑，固定后保证毛坯件平面度误差不超过1mm，保证了对毛坯件加工时的稳定性。

作为本发明的优选方案，所述步骤二中，对毛坯件进行外形轮廓的粗加工，为线切割或铣加工，多种选择，适应性强。

作为本发明的优选方案，加工中，对毛坯件或工件进行型腔的粗加工时，压板位置根据需求变换，加工位置不同，工件的受力不同，如果压板位置错误，会造成工件加工中形变，影响精度。作为本发明的优选方案，所述步骤三后，在加工工件上的工艺图示耳片侧面用钢印打上零件图号、质量编号、批次号，方便对工件进行下序工作。

作为本发明的优选方案，步骤二中，还需粗铣毛坯面，然后在毛坯面上开螺纹盲孔，此时在工件下方使用等高垫块，把所述工件与垫块通过螺栓连接，然后铣加工工件上与之相反的另一面，使铣加工时工件固定更稳定，保证其精度，提高加工效率。

作为本发明的优选方案，步骤二中粗铣毛坯面后，在步骤三中，对需加工的面均进行两次粗铣，逐渐缩小其公差范围，保证其精度和加工的成功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

使刀具寿命变长，从而使其经济性大增，同时提高了每分钟的去除量，提高了效率。

附图说明：

图1是现有技术第一示意图。

图2是现有技术第二示意图。

图3是本发明对工件进行型腔加工的示意图。

图4是本发明两分钟的切削量实际效果图。

图5是本发明步骤二中的压板夹持示意图。

图6是本发明步骤二中余料加工成试片的示意图。

图7是本发明步骤二中打￠16螺纹孔的示意图。

图8是本发明步骤三中第一次粗铣工件定位的第一示意图。

图9是本发明步骤三中第一次粗铣工件定位的第二示意图。

图10是本发明步骤三中第一次粗铣工件的效果图。

图11是本发明步骤三中第二次粗铣工件定位的示意图。

图12是本发明步骤三中第二次粗铣工件的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

    实施例1

对具体的工件使用所述的钛合金高效粗加工方法加工，其步骤包括：

步骤一，选择毛坯件，为TC18锻模料，选择时检查材料牌号TC18、合格证以及炉批号，检查表面质量有无明显缺陷。

步骤二，对毛坯件进行外形轮廓的粗加工，检查毛坯件的厚度，其公差范围控制在±1mm，安装毛坯件于工作台，底部垫板支撑，四周的安装压板，压板相应位置用千斤顶支撑（如图5），大平面表面找平面度，其平面度不超过1mm，预先设计毛坯件加工中余料的处理方式，为线切割或铣加工，线切割时，余料过大，能够加工成试片（如图6），作为他用；铣加工时，运用高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀时，铣刀直径￠60mm，刀尖圆角R1，一次性下切，切深40mm，再按外形轮廓进行恒定仿形铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距20mm，主轴转速130 r/min，进给速度110mm/min，刀具线速度24.5m/min，每刃进给0.141mm，刀刃数6刃；

期间还需对毛坯的顶面进行粗铣加工，加工时根据每道工序根据位置不同，压板的夹持位置也不同，保证其加工中的稳定，具体的如图5，图中也标出了具体的余料切割位置，保证其侧面尺寸公差范围控制在±0.7mm范围内，部分地方控制在±0.2mm内，在毛坯顶面的设计位置打￠16的螺纹孔（如图7），保证其公差范围在±0.3mm，毛坯件的厚度控制在74mm以上，在压板装夹位置，依次攻8-M16的螺纹孔。

步骤三，对工件进行型腔的粗加工，为铣加工，把步骤二中加工的毛坯顶面向下，用压板夹持，在之前加工的毛坯顶面下用专用的等高垫块，垫块高度45mm，毛坯件与垫块之间用螺栓连接，用到之前的8-M16的螺纹孔，所述的压板压在等高垫块上，对步骤二中所加工的平面用百分表倒钩，检测其平面度不得超过0.2MM（如图9），其用于定位的侧边直线度不得超过0.05mm（如图8），然后进行此时顶面的粗铣（如图10），厚度公差控制在±0.5mm，此步骤中铣加工用整体刃硬质合金立铣刀，铣刀直径￠25 mm，刀尖圆角R4，一次性螺旋下切（选择有底刃的整体刃硬质合金立铣刀，底刃半径选择4mm，即不同于现有技术中的还需在加工前预钻下刀孔并扩孔，提高了效率），切深30mm，再在水平方向进行恒定扩散铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距8mm，主轴转速600 r/min，进给速度550mm/min，刀具线速度47.1m/min，每刃进给0.152mm，刀刃数6刃；

完成上述步骤三中对毛坯件一顶面的粗铣后，翻转工件，使步骤二中加工的顶面向上（如图11），翻转后对该面找平面度，平面度不得超过0.5mm，下面使用75mm等高垫块，找正平行度不超过0.05mm，固定好进行此时顶面的粗铣（如图12），公差范围控制在±0.5mm，此步骤中铣加工用整体刃硬质合金立铣刀，铣刀直径￠25 mm，刀尖圆角R4，一次性螺旋下切，切深30mm，再在水平方向进行恒定扩散铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距8mm，主轴转速600 r/min，进给速度550mm/min，刀具线速度47.1m/min，每刃进给0.152mm，刀刃数6刃；

粗铣完后再翻转工件，用45mm的等高垫块固定，找正平面度不超过0.5mm，对步骤三中第一次粗铣的面再粗铣一次，缩小其公差范围至±0.3mm，该次粗铣完后再翻转工件，用75mm的等高垫块固定，对所述步骤三中第三次粗铣完后的面用百分表倒钩找平，找正平面度不超过0.1mm，找正平行度不超过0.1mm，对所述步骤三中第二次粗铣的面再粗铣一次，缩小其公差范围至±0.3mm；

粗加工完成后，对工件进行检验，在加工工件上的工艺图示耳片侧面用钢印打上零件图号、质量编号、批次号，再进行下序工作。

在整个加工中切削轻快稳定（主轴载荷始终维持在11﹪以下，波动不大于3﹪），由于材料去除量大而快甚至造成了工人师傅来不及清理切屑的情况（如图4，是本方法两分钟的切削量实际效果图），单位时间材料去除量如下：

￠60R1去除量：Q=20×40×110=88000 mm??/每分钟

￠25R4去除量：Q=8×30×550=132000 mm??/每分钟

效率对比：

外形轮廓粗加工：高效铣削方式/常规方式材料去除量 

                =88000/31360=2.8  即效率提升2.8倍

型腔粗加工：高效铣削方式/常规方式材料去除量 

                =132000/10440=12.6  即效率提升12.6倍

 如所述，本方法在外形轮廓粗加工中提高效率2.8倍，型腔粗加工提高效率12.6倍，综合提升加工效率7.7倍，可见该加工策略的经济价值相当高，且型腔粗加工深度越大优势更会成倍提高，本实施例中的刀具的设计最大切深为50MM，如果按照刀具设计指标满载加工，加工效率将令人难以置信，其实现的效率提升及市场竞争能力都远非常规加工方式所能比拟。

Claims (7)

1.一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其步骤包括：

步骤一，选择毛坯件，固定于工作台；

步骤二，对毛坯件进行外形轮廓的粗加工；

步骤三，对工件进行型腔的粗加工，为铣加工；

其特征在于，步骤二中，铣加工时，选择高速钢基体焊接硬质合金刃立铣刀，铣刀直径￠60mm，刀尖圆角R1，一次性下切，切深40mm，再按外形轮廓进行恒定仿形铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距20mm，主轴转速130 r/min，进给速度110mm/min，刀具线速度24.5m/min，每刃进给0.141mm，刀刃数6刃；

步骤三中，运用整体刃硬质合金立铣刀，铣刀直径￠25 mm，刀尖圆角R4，一次性螺旋下切，切深30mm，再在水平方向进行恒定扩散铣削，其刀具切入点为侧刃进给线接触，步距8mm，主轴转速600 r/min，进给速度550mm/min，刀具线速度47.1m/min，每刃进给0.152mm，刀刃数6刃；

当所加工工件尺寸过小，所述的直径￠60mm或￠25 mm的铣刀无法加工时，缩小刀具，所述铣刀直径最小缩小到￠16 mm，所述的刀具的切深、步距、进给速度、每刃进给的参数缩小比例和铣刀直径缩小比例相同。

2.根据权利要求1所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，所述步骤一中，选择毛坯件为选择TA15或TC18的毛坯件。

3.根据权利要求2所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，所述步骤一中，通过若干压板把毛坯件固定于工作台上，同时在毛坯件底部用垫板支撑，固定后保证毛坯件平面度误差不超过1mm。

4.根据权利要求3所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，所述步骤二中，对毛坯件进行外形轮廓的粗加工，为铣加工或线切割。

5.根据权利要求4所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，加工中，对毛坯件或工件进行型腔的粗加工时，压板位置根据需求变换。

6.根据权利要求5所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，步骤二中，还需粗铣毛坯面，然后在毛坯面上开螺纹盲孔，此时在工件下方使用等高垫块，把所述工件与垫块通过螺栓连接，然后铣加工工件上与之相反的另一面。

7.根据权利要求6所述的一种适用于钛合金锻件的高效粗加工方法，其特征在于，步骤二中粗铣毛坯面后，在步骤三中，对需加工的面均进行两次粗铣。