钛合金薄壁零件的数控车削加工探析

王伦 李娜 李明芳 李鹏飞

摘 要：在进行实际生产的时候，常会碰到一系列类型不同且需要加工的钛合金薄壁零件，由于其结构紧凑、质量较轻、结构小、材料省，所以在各行业得到有效运用。提高钛合金薄壁零件的加工精度，确保其质量要求，是当下急需要处理的问题。本文对钛合金薄壁零件的数控车削加工工艺进行了详细地分析与探究。

关键词：钛合金薄壁零件 ；数控车削加工工艺 ；改进措施

钛合金薄壁零件是金属零件的一种，其壁厚小于1mm，且具备结构紧凑、材料消耗量低以及质量较轻的特性，能够在各类工业中充分应用。在对钛合金薄壁零件的精度与质量改善上，数控加工工艺具备一定的作用。

1薄壁零件的数控车削加工工艺分析

1.1相关零件结构分析

由零件图1可看出，此零件的组成部分包含由顺圆弧、圆柱面、内螺纹、逆圆弧等，材料是45号钢，毛坯是内轮廓基本上一样的铸件Φ85mm×50mm。此零件为薄壁件，壁厚为2mm，同时对精度要求比较高。

1.2工艺方案的具体设计

操作步骤 ：①把毛坯的左边夹紧，卡盘伸出长度大概20mm，对右端面进行加工。②对外轮廓进行精、粗加工，且到Φ80mm×13.3mm。③使用Φ26钻头把孔钻通。④对零件内轮廓进行精、粗加工。⑤在螺纹加工的过程中采用G92、G76混合编程。⑥掉头，将总长控制到合理尺寸。⑦对零件外轮廓进行精、粗加工。⑧对工件进行检查，确保零件加工完成。

1.3减少與避免薄壁件加工变形的方法

（1）夹具的有效选择 ：钛合金薄壁零件的强度较弱，壁较薄，一般的三爪卡盘的接触面积较小、受力点也少，倘若在卡盘上进行夹紧的时候用力大，则造成钛合金薄壁零件变形，产生一定的误差，所以可采取扇形软卡爪或开缝套筒。增大其接触面，在工件上均匀布置其夹紧力，进而有效改善工件在夹紧过程中所造成的变形。

（2）工件精车、分粗阶段 ：粗车的时候，切削余量比较大，而如果夹紧力很大的话，其变形也较大 ；精车的时候，如果夹紧力较小的话，变形也较小，除此之外，在进行精车之前能够进行时效处理，将粗车过程中由于切削力大而导致的变形情况消除。

（3）对刀具几何参数合理选用 ：对钛合金薄壁工件进行精车的过程中，应将刃倾角、主偏角与前角合理增大，将刀尖圆弧的半径减少，确保刀具的切削轻快、刃口锋利，且对于排削顺畅刀柄的刚度标准也高，将切削热与切削力尽可能减少，同时保证车刀的修光刃不能太长。

1.4切削用量

①右端面车削工件的主轴转速为300 ～ 400r/min，进给速度为 F0.1 ～ 0.15mm/r ；②麻花钻，主轴转速 ：400 ～ 500r/min，切削深度 ：通孔 ；③粗车内轮廓，主轴转 速 ：500 ～ 600r/min，进 给 速 度 ：F0.15 ～ 0.2mm/r，切削深度 ：1mm ；④精车内轮廓，主轴转速 ：800 ～ 900r/min，进给速度 ：F0.1 ～ 0.15mm/r，切削深度 ：0.5mm。

1.5对加工程序进行科学编写

①数控机床为CAK6150P ；数控系统为FANCU0i。②车削右端面、粗、精加工圆柱面Φ80mm×13.3mm，运行程序非常简单，使用G01、G00、指令就能实现 ；③对零件外轮廓进行粗加工，采取G71外径粗车循环指令，注意在进行编程的过程中起刀点的实际直径不能小于Φ85 ；④采取G73、G71指令进行编程时，精加工步骤的首段只可以单方向进刀 ；⑤粗加工零件内、外轮廓后时效处理，精加工零件内、外轮廓均用G70指令 ；⑥内螺纹厚度只有2mm，因此在加工的时候可能变形，对尺寸标准不能有效保证，进而防止螺纹变形，确保零件精度。

2薄壁零件数控车削加工工艺的改进措施分析

2.1改进仿真数控的工艺质量

在改进仿真数控加工工艺整体质量的时候，一定要依据以下程序进行操作 ：其一，对数控加工公式KU=F进行全面分析。K指所加工工件本身的强度矩阵，U则指工件的具体变形状况。对此公式分析后得出，倘若零件刚度保持在一定环境，工件负载列阵F则和其变形状况U成一定的反比关系，只有采用合理的措施将F值降低或提高K值，才可以对L的变形状况有效降低。

2.2推广刀具路径改良措施

在制定刀具路径的时候，一定要充分考虑工件加工进程中所存在的一切变形问题。如果工件存在变形一定会严重影响钛合金薄壁零件加工的整体工艺质量。大部分钛合金薄壁零件强度较低，在进行加工的时候如果实施反复切割和夹紧，一定会造成变形。相关人员在加工的时候，一定要全面考虑刀具路径，并采用科学有效的方法，防止一切变形状况发生。

2.3提升零件装夹方式与具体装夹措施

在进行钛合金薄壁零件数控加工的时候，影响其工艺整体质量的重要因素在于零件的方案与装夹方式。钛合金薄壁零件的实际强度很低，在进行加工的时候加紧力度很大的话，则造成相关零件产生变形状况，不利于零件的整体质量与加工准确度。在加工的时候，对于支撑力一定要额外进行增加，从而满足其实际的强度标准。提升零件的抗压力和强度是支撑力的另一目的，通常都是在钛合金薄壁零件强度较弱的位置施加支撑力，然而，夹紧力则不同，它是在强度较大的位置进行施加。只有有效结合这两者，才能在一定程度上提升钛合金薄壁零件的加工精度。

3结语

现阶段，各工业都在广泛运用现代化技术，加工工艺创新与改革的步伐加快，钛合金薄壁零件的数控车削加工技术也得到了不断发展。为满足现代加工工业可持续发展的实际需要，应全面提升其工艺质量，深入分析与研究钛合金薄壁零件数控车削加工工艺质量的措施与方法，从而在一定程度上促进我国加工工艺的平稳持续发展

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作者简介：

王伦（1986-），男，汉族，山西省晋城市沁水县，专科，高级工，数控加工，山西长治市山西航天清华装备有限责任公司三分厂.

李娜（1986-），女，汉族，山西长子，专科，高级工，数控加工，山西长治市山西航天清华装备有限责任公司一分厂.

李明芳（1987-），男，汉族，山西长治市长子县，大专，中级工，数控加工，山西长治市山西航天清华装备有限责任公司一分厂.

李鹏飞（1984-），男，汉族，山西长治市沁县，大专，技师，数控加工，山西长治市山西航天清华装备有限责任公司一分厂.