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沈阳泰恒通用科技有限公司公司以“着眼轨道交通设备,开发钛合金应用技术”为发展理念,以钛合金货架,钛合金螺丝,钛合金丝为主打产品,公司先后与中国北车集团、南车集团旗下公司建立了良好的合作关系,并在车辆轻量化、替代进口产品等方面开展了广泛的合作。

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钛合金大直径孔螺旋铣削工艺优化研究
发布时间:2018-12-11 15:31 来源:沈阳泰恒通用科技有限公司 阅读:
随着航天工业的发展,对制孔精度和表面质量的要求越来越高,钛合金的应用也越来越广泛。目前,钛合金不仅是航空航天工业中不可缺少的金属材料,而且广泛应用于医疗器械、冶金、造船等行业,但钛合金具有高强度、高硬度、低导热性,切削热低。螺旋铣削中的刀具运动由刀具旋转、旋转和轴向进给三部分组成。刀具的中心是螺旋轨迹,这是一种随钻铣削的过程。有利于切屑的排放和散热(见图1)。该技术可以大大减小轴向力,提高制孔质量,提高制孔效率。通过调整偏心距,可以方便地实现一维拟合多径,受到航空业的青睐。
    
     刘刚从切屑分离原理出发,研究了螺旋铣削孔专用刀具,分析了专用刀具的切屑分离效果、端刃和侧刃的不同切割效果以及刀具的使用寿命。采用二维有限元方法对不同角度参数的刀具进行仿真,确定刀具的合适角度范围,设计了螺旋铣削专用刀具,研究了螺旋铣削孔的动力学。边缘形状对切削性能的影响。Jamal Ahnmad指出,螺旋铣刀的后角对切削力有很大影响。具有良好的切削性能。本文仅对CFRP/Ti6Al4V工艺进行了研究,提出了大螺距铣削加工层压构件的工艺优势。以切削速度、切削深度、每齿进给量等切削参数为基础,建立了切削参数优化模型,通过实验研究了不同切削参数对毛刺高度的影响。孔径偏差和粗糙度。
    
    
    
     在飞机装配中,直径小于12的孔数是最大的,因此螺旋铣削技术的研究主要集中在此,但是关键轴承零件中存在一定数量的大直径孔,加工难度很大。在大直径孔加工中,通常采用菱形、扩径、扩孔等工艺。这个过程很复杂,需要几十个刀具。加工成本昂贵,加工效率很低。它一直是飞机装配中的难点之一。
    
     以直径为12mm的螺旋铣刀为例,采用正交实验和极值分析方法,研究了19.05mm(3/4)大直径钛合金的螺旋铣削过程。分析了不同工艺参数对加工质量的影响,优化了最佳工艺参数,为螺旋铣削孔在大直径孔加工中的应用提供了理论依据,对提高空气压缩机的效率具有重要意义。AFT装配,降低加工成本。
    
     实验中使用的刀具是直径为12mm、加工孔径为19.05mm、螺旋角为35、前角为8、后角为15和若干切削刃为4的非螺旋铣刀。采用干式切削,试件材料为钛合金板,厚5mm,尺寸12250mm。钛合金的物理和机械性能如表1所示。
    
     加工中心为五轴DMC75直线。用三向Kistel9257A测功机测量切削力。检测信号由Kistler 5007A电荷放大器发送,数据采集卡采集。利用DyoWar测力计软件进行实时显示。采用Wenzel LH65型三坐标测力仪,每孔四孔,测量孔径,采用点采样法获取孔径数据,三峰粗糙度仪测量孔径,用超深显微镜观察刀具磨损。
    
     用12mm大直径刀具加工3/4(19.05mm)孔,表2给出了三因素三水平正交试验的具体实验参数,其中螺距表示刀具每转向下进给距离,切向进给量。给出了各切削刃的切向切削厚度,每组加工两个孔,并对测量参数进行平均。
    
     图2是在第五组切削参数下测得的三维切削力随时间变化的曲线。将z轴定义为轴向切削力的方向,从图中可以看出,X向力和Y向力的波动基本相同。轴向力在一定范围内变化。选择稳定切削阶段作为有效切削力。在各种参数下测量的切削力如表3所示。
    
    
    
    
    
     图3是针对轴向切削力的范围分析结果,从图中可以看出,螺距是影响刀具轴向切削力的主要因素,其次是每齿切向进给,主轴转速对轴向切削力的影响最小。
    
    
    
     孔径精度是成孔质量的重要指标之一,对飞机的装配质量和零部件的使用寿命有着重要的影响。利用三坐标测量仪研究了不同参数下的孔径加工精度(见表4)。
    
     从孔径测量结果可知,钛合金孔加工的公差等级介于IT5和IT7之间,第五组加工参数为IT5,孔径误差最小。在光圈上唱参数。主轴转速和每齿切向进给量是影响孔径的主要因素,而螺距对孔径的影响很小。
    
    
    
     粗糙度是评价Ti-6Al-4V表面加工质量的重要因素,在飞机装配中对其有严格的要求。在不同的参数下得到的孔壁粗糙度如表5所示。
    
    
    
     在螺旋铣削加工中,当孔径的粗糙度为0.18-0.42m时,孔壁光洁度较好,采用极差法分析工艺参数对孔径光洁度的影响。如图5所示,影响孔壁粗糙度的最主要因素是每齿切向进给量,其次是主轴转速,最小的是螺距。
    
     总之,参数优化的主要目标是减小轴向切削力,减小孔径误差,提高孔壁质量。第五组具有最小的轴向切削力和孔径误差,第七组具有最小的孔壁粗糙度。当粗糙度值远小于飞机制造标准,且第五组与第七组之间的差距仅为0.055m时,选择第五组参数作为大直径螺旋铣孔的最佳工艺参数。
    
     在此基础上,研究了在最佳工艺参数下,切削力、加工质量和刀具磨损随孔数的变化规律。
    
     在最佳切削参数下,轴向切削力随孔数的变化如图6所示。由于刀具磨合阶段的切削过程不稳定,第二孔和第三孔的切削力突然增大,刀具进入。正常磨损阶段,切削力逐渐增大,但范围很小。加工30孔后,轴向切削力仍为100 N左右。
    
    
    
    
    
     在最佳参数下,表面粗糙度随孔数的变化如图7所示,前20个孔表面粗糙度在0.2~0.3m之间波动,而后20个孔表面粗糙度明显增加,在0.4M附近波动。大直径螺旋铣孔的孔壁粗糙度随孔数的增加而增加,但变化范围小(0.2-0.4m),完全满足航空制造业对孔壁粗糙度的要求。
    
     在最佳切削参数下,孔径随孔数的变化如图8所示。从图中可以看出,预加工阶段的直径相对稳定,波动在19.07mm左右;后13孔的直径波动较大,这时预加工阶段的直径变化很大。其主要原因是钛合金的粘结和刀具的磨损,考虑到通过调整螺旋铣削孔的偏心度可以补偿孔径误差,用最大偏差来评价加工的孔径精度更为有效。标准孔径19.05mm,加工孔径的最大误差为0.03mm,误差值小,加工效果好。
    
     图9显示了加工30个孔后刀具的磨损形态。刀具侧刃的磨损很小,几乎看不见,刃口形状基本完好。没有发生边缘塌陷(见图9A)。图9b显示了工具尖端的磨损形貌,而明显的钛合金结合发生在工具尖端的刀片侧面,表明这里发生了结合磨损;图9C和9D显示了工具的底边缘。边缘稍有断裂,从磨损量上看,底部边缘的磨损比侧部边缘的磨损严重,因此,最严重磨损是底部边缘,最严重磨损是外端。这是因为底部边缘是连续切削的,并且每个齿的轴向进给非常小(0.28m齿)。侧刀面与工件之间的摩擦严重,切削温度高,结合磨损和氧化磨损加剧,离刀尖越近,切削速度越高,磨损越严重。
    
    
    
    
    
    
    
     无论是侧刃还是底刃,铣削30个孔后,磨损量远低于0.3mm磨削钝标准,表明在此工艺参数下,刀具可加工的孔数远大于30。
    
     钛合金大直径孔的加工一直是飞机制造业的难题。传统的铣削工艺需要采用钻铰、多工序、数十刀等多种加工工艺,这既费时又费力。介绍了3/4大直径孔的加工工艺。得到以下结论:
    
     采用正交实验和极值分析方法,分析了不同工艺参数对钛合金大直径(3/4)孔螺旋铣削的切削力、孔径精度和孔壁粗糙度的影响。结果表明,影响环形孔壁轴向力的主要因素是螺距,而主轴转速和切向进给量是影响孔径精度的主要因素,切向进给量是影响环形孔壁粗糙度的主要因素。
    
     综合考虑切削力和切削质量,得到大直径螺旋铣削孔加工的最佳切削参数为:主轴转速n=1800r/min,螺距AP=0.25mm,径向进给f=0.025mm/.,加工效率147.7s/.。
    
     随着孔数的增加,切削力略有增加。加工30孔后,加工质量明显优于航空制造标准,刀具磨损小,能够满足钛合金大直径螺旋铣削孔的加工要求。
    
    

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