一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域的鈦合金工件加工，特別涉及一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其公開(kāi)了一種鈦合金高效粗加工的具體方法和相關(guān)的參數(shù)，本方法涉及領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)，針對(duì)鈦合金工件的加工效率低下問(wèn)題，經(jīng)過(guò)大量的資金投入，耗費(fèi)了大量的鈦合金材料、人力，研發(fā)出了本方法，其刀具使用壽命長(zhǎng)，對(duì)鈦合金單位時(shí)間的去除量大大增加，對(duì)鈦合金工件型腔粗加工的效率提升了12.6倍，高效、經(jīng)濟(jì)。
【專利說(shuō)明】一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】 本發(fā)明涉及航空領(lǐng)域的鈦合金工件加工，特別涉及一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加 工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)鈦合金工件的粗加工一般分為外形輪廓粗加工、型腔粗加工， 外形輪廓粗加工時(shí)，一般采用的加工途徑是刀片式盤銑刀/每層分層加工，該方式金 屬去除率較高但因材料彈性模數(shù)小，導(dǎo)致刀片磨損嚴(yán)重壽命較短，刀片損耗大經(jīng)濟(jì)性不明 顯。
[0003] 型腔粗加工時(shí)，一般采用的加工途徑是刀片式刀具小切深低進(jìn)給分層銑削方式， 該類刀具中即使是號(hào)稱進(jìn)給王的某品牌快進(jìn)給刀片也不過(guò)達(dá)到1000MM /每分鐘的刀具進(jìn) 給速度，且快進(jìn)給刀具使用過(guò)程中的每刀切深不能大于2MM (如圖2)，而常規(guī)刀片式方肩銑 刀或者圓鼻刀片雖能在切深方面大于快進(jìn)給刀具但進(jìn)給速度卻是低至300MM /每分鐘，其 效率太低，而且使用此種方式銑削因刀具原因（刀具后角較小刃口不鋒利強(qiáng)度低不能進(jìn)行 長(zhǎng)時(shí)間螺旋下切)，還需在加工前預(yù)鉆下刀孔并擴(kuò)孔(如圖1)，進(jìn)一步降低了加工效率。除 效率低下之外此類刀具的壽命也很低，表現(xiàn)最好的機(jī)夾式刀片在滿載的情況之下均不超過(guò) 2小時(shí)，如滿載切削往往一個(gè)班次的鈦件粗加工就需要更換4組以上刀片（注：每組3顆刀 片），且在加工過(guò)程中還需小心觀察加工過(guò)程，防止刀片脫落或崩損造成的質(zhì)量事故，經(jīng)濟(jì) 性相當(dāng)差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種高效、經(jīng)濟(jì)的鈦 合金高效粗加工方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案： 一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其步驟包括： 步驟一，選擇毛坯件，固定于工作臺(tái)； 步驟二，對(duì)毛坯件進(jìn)行外形輪廓的粗加工； 步驟三，對(duì)工件進(jìn)行型腔的粗加工，為銑加工； 步驟二、三中，銑加工時(shí)，用硬質(zhì)合金立銑刀，選擇整體硬質(zhì)合金立銑刀或高速鋼基體 焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀，運(yùn)用高速鋼基體焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀時(shí)，銑刀直徑0 60mm，刀 尖圓角R1，一次性下切，切深40mm，再按外形輪廓進(jìn)行恒定仿形銑削，其刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃 進(jìn)給線接觸（如圖3)，步距20mm，主軸轉(zhuǎn)速130 r/min，進(jìn)給速度110mm/min，刀具線速度 24. 5m/min，每刃進(jìn)給0. 141mm,刀刃數(shù)6刃； 運(yùn)用整體刃硬質(zhì)合金立銑刀時(shí)，銑刀直徑0 25 mm，刀尖圓角R4, 一次性螺旋下切，切深 30mm，再在水平方向進(jìn)行恒定擴(kuò)散銑削，其刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸，步距8mm，主軸轉(zhuǎn) 速600 r/min，進(jìn)給速度550mm/min，刀具線速度47. lm/min，每刃進(jìn)給0. 152_，刀刃數(shù)6 刃； 所述的刀具參數(shù)是反復(fù)試驗(yàn)多次，因?yàn)殁伜辖鸩牧习嘿F，反復(fù)試驗(yàn)使該研發(fā)機(jī)構(gòu)投入 了大量資金，最初設(shè)計(jì)了主要為兩種材料(整體硬質(zhì)合金基體和高速鋼基體）三種結(jié)構(gòu)(整 體硬質(zhì)合金立銑刀、高速鋼基體焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀、高速鋼立銑刀）的實(shí)驗(yàn)樣刀十 余種，經(jīng)過(guò)車間鋁件、鋼件過(guò)渡性切削測(cè)試并篩選后最終確定了兩種不同材料樣刀（整體 硬質(zhì)合金立銑刀、高速鋼立銑刀）（因高速鋼基體焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀已經(jīng)在前期鈦合 金零件加工中成功使用效果較好，故后期實(shí)驗(yàn)未再對(duì)該型號(hào)刀具進(jìn)行測(cè)試)，繼續(xù)進(jìn)行了對(duì) 鈦合金框類零件的切削實(shí)驗(yàn)，高速鋼銑刀對(duì)外形進(jìn)行粗加工的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因刀具散熱問(wèn)題 宣告失敗，但是整體硬質(zhì)合金立銑刀的測(cè)試獲得了非常理想的效果，尤其是整體硬質(zhì)合金 立銑刀的型腔粗銑更是屬行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，該加工策略材料去除率極高，而極佳的切削條件有 力的保證了刀具壽命使之能夠保證1支刀具就完成所有型腔粗加工，當(dāng)所加工工件尺寸過(guò) 小，所述的直徑0 60mm、0 25mm的銑刀無(wú)法加工時(shí)，縮小刀具，所述銑刀直徑最小縮小到0 16 mm，當(dāng)銑刀直徑為<2 16 mm或0 20mm時(shí)，其刀尖圓角為R3,所述的刀具的切深、步距、進(jìn) 給速度、每刃進(jìn)給的參數(shù)縮小比例和銑刀直徑縮小比例相同；該方法使刀具壽命變長(zhǎng)，從而 使其經(jīng)濟(jì)性大增，同時(shí)提高了每分鐘的去除量，提高了效率。
[0006] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟一中，選擇毛坯件為選擇TA15或TC18的毛坯 件，在航空領(lǐng)域的鈦合金一般TA15或TC18較常見(jiàn)。
[0007] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟一中，通過(guò)若干壓板把毛坯件固定于工作臺(tái)上， 同時(shí)在毛坯件底部用墊板支撐，固定后保證毛坯件平面度誤差不超過(guò)1mm，保證了對(duì)毛坯件 加工時(shí)的穩(wěn)定性。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟二中，對(duì)毛坯件進(jìn)行外形輪廓的粗加工，為線切 割或銑加工，多種選擇，適應(yīng)性強(qiáng)。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，加工中，對(duì)毛坯件或工件進(jìn)行型腔的粗加工時(shí)，壓板位置 根據(jù)需求變換，加工位置不同，工件的受力不同，如果壓板位置錯(cuò)誤，會(huì)造成工件加工中形 變，影響精度。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟三后，在加工工件上的工藝圖示耳片側(cè)面 用鋼印打上零件圖號(hào)、質(zhì)量編號(hào)、批次號(hào)，方便對(duì)工件進(jìn)行下序工作。
[0010] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟二中，還需粗銑毛坯面，然后在毛坯面上開(kāi)螺紋盲 孔，此時(shí)在工件下方使用等高墊塊，把所述工件與墊塊通過(guò)螺栓連接，然后銑加工工件上與 之相反的另一面，使銑加工時(shí)工件固定更穩(wěn)定，保證其精度，提高加工效率。
[0011] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，步驟二中粗銑毛坯面后，在步驟三中，對(duì)需加工的面均進(jìn) 行兩次粗銑，逐漸縮小其公差范圍，保證其精度和加工的成功率。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果： 使刀具壽命變長(zhǎng)，從而使其經(jīng)濟(jì)性大增，同時(shí)提高了每分鐘的去除量，提高了效率。
[0013]

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】： 圖1是現(xiàn)有技術(shù)第一示意圖。
[0014] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)第二示意圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明對(duì)工件進(jìn)行型腔加工的示意圖。
[0016] 圖4是本發(fā)明兩分鐘的切削量實(shí)際效果圖。
[0017] 圖5是本發(fā)明步驟二中的壓板夾持示意圖。
[0018] 圖6是本發(fā)明步驟二中余料加工成試片的示意圖。
[0019] 圖7是本發(fā)明步驟二中打<2 16螺紋孔的示意圖。
[0020] 圖8是本發(fā)明步驟三中第一次粗銑工件定位的第一示意圖。
[0021] 圖9是本發(fā)明步驟三中第一次粗銑工件定位的第二示意圖。
[0022] 圖10是本發(fā)明步驟三中第一次粗銑工件的效果圖。
[0023] 圖11是本發(fā)明步驟三中第二次粗銑工件定位的示意圖。
[0024] 圖12是本發(fā)明步驟三中第二次粗銑工件的效果圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合實(shí)施例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解 為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本 發(fā)明的范圍。
[0026] 實(shí)施例1 對(duì)具體的工件使用所述的鈦合金高效粗加工方法加工，其步驟包括： 步驟一，選擇毛坯件，為TC18鍛模料，選擇時(shí)檢查材料牌號(hào)TC18、合格證以及爐批號(hào)， 檢查表面質(zhì)量有無(wú)明顯缺陷。
[0027] 步驟二，對(duì)毛坯件進(jìn)行外形輪廓的粗加工，檢查毛坯件的厚度，其公差范圍控制 在± 1_，安裝毛坯件于工作臺(tái)，底部墊板支撐，四周的安裝壓板，壓板相應(yīng)位置用千斤頂 支撐(如圖5)，大平面表面找平面度，其平面度不超過(guò)1mm，預(yù)先設(shè)計(jì)毛坯件加工中余料的 處理方式，為線切割或銑加工，線切割時(shí)，余料過(guò)大，能夠加工成試片（如圖6)，作為他用； 銑加工時(shí)，運(yùn)用高速鋼基體焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀時(shí)，銑刀直徑0 60mm，刀尖圓角R1，一 次性下切，切深40mm，再按外形輪廓進(jìn)行恒定仿形銑削，其刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸， 步距20mm,主軸轉(zhuǎn)速130 r/min,進(jìn)給速度110mm/min,刀具線速度24. 5m/min,每刃進(jìn)給 0· 141臟，刀刃數(shù)6刃； 期間還需對(duì)毛坯的頂面進(jìn)行粗銑加工，加工時(shí)根據(jù)每道工序根據(jù)位置不同，壓板的夾 持位置也不同，保證其加工中的穩(wěn)定，具體的如圖5,圖中也標(biāo)出了具體的余料切割位置，保 證其側(cè)面尺寸公差范圍控制在±0. 7mm范圍內(nèi)，部分地方控制在±0. 2mm內(nèi)，在毛坯頂面的 設(shè)計(jì)位置打<2 16的螺紋孔(如圖7)，保證其公差范圍在±0. 3mm，毛坯件的厚度控制在74mm 以上，在壓板裝夾位置，依次攻8-M16的螺紋孔。
[0028] 步驟三，對(duì)工件進(jìn)行型腔的粗加工，為銑加工，把步驟二中加工的毛坯頂面向下， 用壓板夾持，在之前加工的毛坯頂面下用專用的等高墊塊，墊塊高度45_，毛坯件與墊塊之 間用螺栓連接，用到之前的8-M16的螺紋孔，所述的壓板壓在等高墊塊上，對(duì)步驟二中所加 工的平面用百分表倒鉤，檢測(cè)其平面度不得超過(guò)〇. 2MM (如圖9)，其用于定位的側(cè)邊直線度 不得超過(guò)〇.〇5mm (如圖8)，然后進(jìn)行此時(shí)頂面的粗銑(如圖10)，厚度公差控制在±0.5mm， 此步驟中銑加工用整體刃硬質(zhì)合金立銑刀，銑刀直徑0 25 mm，刀尖圓角R4, 一次性螺旋下 切(選擇有底刃的整體刃硬質(zhì)合金立銑刀，底刃半徑選擇4mm，即不同于現(xiàn)有技術(shù)中的還需 在加工前預(yù)鉆下刀孔并擴(kuò)孔，提高了效率)，切深30mm，再在水平方向進(jìn)行恒定擴(kuò)散銑削，其 刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸，步距8mm，主軸轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給速度550mm/min，刀具 線速度47. lm/min，每刃進(jìn)給0. 152mm，刀刃數(shù)6刃； 完成上述步驟三中對(duì)毛坯件一頂面的粗銑后，翻轉(zhuǎn)工件，使步驟二中加工的頂面向上 (如圖11)，翻轉(zhuǎn)后對(duì)該面找平面度，平面度不得超過(guò)0. 5mm，下面使用75mm等高墊塊，找正 平行度不超過(guò)〇. 〇5mm，固定好進(jìn)行此時(shí)頂面的粗銑(如圖12)，公差范圍控制在±0. 5mm，此 步驟中銑加工用整體刃硬質(zhì)合金立銑刀，銑刀直徑0 25 mm，刀尖圓角R4, 一次性螺旋下切， 切深30mm，再在水平方向進(jìn)行恒定擴(kuò)散銑削，其刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸，步距8mm， 主軸轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給速度550mm/min，刀具線速度47. lm/min，每刃進(jìn)給0. 152mm，刀刃 數(shù)6刃； 粗銑完后再翻轉(zhuǎn)工件，用45mm的等高墊塊固定，找正平面度不超過(guò)0· 5mm，對(duì)步驟三 中第一次粗銑的面再粗銑一次，縮小其公差范圍至±0. 3mm，該次粗銑完后再翻轉(zhuǎn)工件，用 75mm的等高墊塊固定，對(duì)所述步驟三中第三次粗銑完后的面用百分表倒鉤找平，找正平面 度不超過(guò)0. 1mm，找正平行度不超過(guò)0. 1mm，對(duì)所述步驟三中第二次粗銑的面再粗銑一次， 縮小其公差范圍至±0. 3mm; 粗加工完成后，對(duì)工件進(jìn)行檢驗(yàn)，在加工工件上的工藝圖示耳片側(cè)面用鋼印打上零件 圖號(hào)、質(zhì)量編號(hào)、批次號(hào)，再進(jìn)行下序工作。
[0029] 在整個(gè)加工中切削輕快穩(wěn)定(主軸載荷始終維持在11 %以下，波動(dòng)不大于3 % )， 由于材料去除量大而快甚至造成了工人師傅來(lái)不及清理切屑的情況(如圖4，是本方法兩分 鐘的切削量實(shí)際效果圖)，單位時(shí)間材料去除量如下： 0 60R1 去除量：Q=20X40X 110=88000 mm--/ 每分鐘 0 25R4 去除量：Q=8X 30X550=132000 mm--/ 每分鐘 效率對(duì)比： 外形輪廓粗加工：高效銑削方式/常規(guī)方式材料去除量 =88000/31360=2.8 即效率提升 2. 8 倍 型腔粗加工：高效銑削方式/常規(guī)方式材料去除量 =132000/10440=12. 6 即效率提升 12. 6 倍 如所述，本方法在外形輪廓粗加工中提高效率2. 8倍，型腔粗加工提高效率12. 6倍，綜 合提升加工效率7. 7倍，可見(jiàn)該加工策略的經(jīng)濟(jì)價(jià)值相當(dāng)高，且型腔粗加工深度越大優(yōu)勢(shì) 更會(huì)成倍提高，本實(shí)施例中的刀具的設(shè)計(jì)最大切深為50MM，如果按照刀具設(shè)計(jì)指標(biāo)滿載加 工，加工效率將令人難以置信，其實(shí)現(xiàn)的效率提升及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力都遠(yuǎn)非常規(guī)加工方式所 能比擬。
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其步驟包括： 步驟一，選擇毛坯件，固定于工作臺(tái)； 步驟二，對(duì)毛坯件進(jìn)行外形輪廓的粗加工； 步驟三，對(duì)工件進(jìn)行型腔的粗加工，為銑加工； 其特征在于，步驟二中，銑加工時(shí)，選擇高速鋼基體焊接硬質(zhì)合金刃立銑刀，銑刀直 徑0 60mm，刀尖圓角R1，一次性下切，切深40mm，再按外形輪廓進(jìn)行恒定仿形銑削，其刀具 切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸，步距20mm，主軸轉(zhuǎn)速130 r/min，進(jìn)給速度110mm/min，刀具線速 度24. 5m/min，每刃進(jìn)給0. 141mm，刀刃數(shù)6刃； 步驟三中，運(yùn)用整體刃硬質(zhì)合金立銑刀，銑刀直徑0 25 mm，刀尖圓角R4,一次性螺旋 下切，切深30mm，再在水平方向進(jìn)行恒定擴(kuò)散銑削，其刀具切入點(diǎn)為側(cè)刃進(jìn)給線接觸，步距 8mm，主軸轉(zhuǎn)速600 r/min，進(jìn)給速度550mm/min，刀具線速度47. lm/min，每刃進(jìn)給0. 152mm, 刀刃數(shù)6刃； 當(dāng)所加工工件尺寸過(guò)小，所述的直徑0 60mm或0 25 mm的銑刀無(wú)法加工時(shí)，縮小刀具， 所述銑刀直徑最小縮小到<2 16 mm，所述的刀具的切深、步距、進(jìn)給速度、每刃進(jìn)給的參數(shù)縮 小比例和銑刀直徑縮小比例相同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，所 述步驟一中，選擇毛坯件為選擇TA15或TC18的毛坯件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，所 述步驟一中，通過(guò)若干壓板把毛坯件固定于工作臺(tái)上，同時(shí)在毛坯件底部用墊板支撐，固定 后保證毛坯件平面度誤差不超過(guò)1mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，所 述步驟二中，對(duì)毛坯件進(jìn)行外形輪廓的粗加工，為銑加工或線切割。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，力口 工中，對(duì)毛坯件或工件進(jìn)行型腔的粗加工時(shí)，壓板位置根據(jù)需求變換。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，步 驟二中，還需粗銑毛坯面，然后在毛坯面上開(kāi)螺紋盲孔，此時(shí)在工件下方使用等高墊塊，把 所述工件與墊塊通過(guò)螺栓連接，然后銑加工工件上與之相反的另一面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種適用于鈦合金鍛件的高效粗加工方法，其特征在于，步 驟二中粗銑毛坯面后，在步驟三中，對(duì)需加工的面均進(jìn)行兩次粗銑。
【文檔編號(hào)】B23H7/02GK104096888SQ201410283899
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】劉波, 白金 申請(qǐng)人:什邡市明日宇航工業(yè)股份有限公司