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沈陽泰恒通用科技有限公司公司以“著眼軌道交通設備,開發鈦合金應用技術”為發展理念,以鈦合金貨架,鈦合金螺絲,鈦合金絲為主打產品,公司先后與中國北車集團、南車集團旗下公司建立了良好的合作關系,并在車輛輕量化、替代進口產品等方面開展了廣泛的合作。

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鈦合金大直徑孔螺旋銑削工藝優化研究
發布時間:2018-12-11 15:31 來源:沈陽泰恒通用科技有限公司 閱讀:
隨著航天工業的發展,對制孔精度和表面質量的要求越來越高,鈦合金的應用也越來越廣泛。目前,鈦合金不僅是航空航天工業中不可缺少的金屬材料,而且廣泛應用于醫療器械、冶金、造船等行業,但鈦合金具有高強度、高硬度、低導熱性,切削熱低。螺旋銑削中的刀具運動由刀具旋轉、旋轉和軸向進給三部分組成。刀具的中心是螺旋軌跡,這是一種隨鉆銑削的過程。有利于切屑的排放和散熱(見圖1)。該技術可以大大減小軸向力,提高制孔質量,提高制孔效率。通過調整偏心距,可以方便地實現一維擬合多徑,受到航空業的青睞。
    
     劉剛從切屑分離原理出發,研究了螺旋銑削孔專用刀具,分析了專用刀具的切屑分離效果、端刃和側刃的不同切割效果以及刀具的使用壽命。采用二維有限元方法對不同角度參數的刀具進行仿真,確定刀具的合適角度范圍,設計了螺旋銑削專用刀具,研究了螺旋銑削孔的動力學。邊緣形狀對切削性能的影響。Jamal Ahnmad指出,螺旋銑刀的后角對切削力有很大影響。具有良好的切削性能。本文僅對CFRP/Ti6Al4V工藝進行了研究,提出了大螺距銑削加工層壓構件的工藝優勢。以切削速度、切削深度、每齒進給量等切削參數為基礎,建立了切削參數優化模型,通過實驗研究了不同切削參數對毛刺高度的影響??讖狡詈痛植诙?。
    
    
    
     在飛機裝配中,直徑小于12的孔數是最大的,因此螺旋銑削技術的研究主要集中在此,但是關鍵軸承零件中存在一定數量的大直徑孔,加工難度很大。在大直徑孔加工中,通常采用菱形、擴徑、擴孔等工藝。這個過程很復雜,需要幾十個刀具。加工成本昂貴,加工效率很低。它一直是飛機裝配中的難點之一。
    
     以直徑為12mm的螺旋銑刀為例,采用正交實驗和極值分析方法,研究了19.05mm(3/4)大直徑鈦合金的螺旋銑削過程。分析了不同工藝參數對加工質量的影響,優化了最佳工藝參數,為螺旋銑削孔在大直徑孔加工中的應用提供了理論依據,對提高空氣壓縮機的效率具有重要意義。AFT裝配,降低加工成本。
    
     實驗中使用的刀具是直徑為12mm、加工孔徑為19.05mm、螺旋角為35、前角為8、后角為15和若干切削刃為4的非螺旋銑刀。采用干式切削,試件材料為鈦合金板,厚5mm,尺寸12250mm。鈦合金的物理和機械性能如表1所示。
    
     加工中心為五軸DMC75直線。用三向Kistel9257A測功機測量切削力。檢測信號由Kistler 5007A電荷放大器發送,數據采集卡采集。利用DyoWar測力計軟件進行實時顯示。采用Wenzel LH65型三坐標測力儀,每孔四孔,測量孔徑,采用點采樣法獲取孔徑數據,三峰粗糙度儀測量孔徑,用超深顯微鏡觀察刀具磨損。
    
     用12mm大直徑刀具加工3/4(19.05mm)孔,表2給出了三因素三水平正交試驗的具體實驗參數,其中螺距表示刀具每轉向下進給距離,切向進給量。給出了各切削刃的切向切削厚度,每組加工兩個孔,并對測量參數進行平均。
    
     圖2是在第五組切削參數下測得的三維切削力隨時間變化的曲線。將z軸定義為軸向切削力的方向,從圖中可以看出,X向力和Y向力的波動基本相同。軸向力在一定范圍內變化。選擇穩定切削階段作為有效切削力。在各種參數下測量的切削力如表3所示。
    
    
    
    
    
     圖3是針對軸向切削力的范圍分析結果,從圖中可以看出,螺距是影響刀具軸向切削力的主要因素,其次是每齒切向進給,主軸轉速對軸向切削力的影響最小。
    
    
    
     孔徑精度是成孔質量的重要指標之一,對飛機的裝配質量和零部件的使用壽命有著重要的影響。利用三坐標測量儀研究了不同參數下的孔徑加工精度(見表4)。
    
     從孔徑測量結果可知,鈦合金孔加工的公差等級介于IT5和IT7之間,第五組加工參數為IT5,孔徑誤差最小。在光圈上唱參數。主軸轉速和每齒切向進給量是影響孔徑的主要因素,而螺距對孔徑的影響很小。
    
    
    
     粗糙度是評價Ti-6Al-4V表面加工質量的重要因素,在飛機裝配中對其有嚴格的要求。在不同的參數下得到的孔壁粗糙度如表5所示。
    
    
    
     在螺旋銑削加工中,當孔徑的粗糙度為0.18-0.42m時,孔壁光潔度較好,采用極差法分析工藝參數對孔徑光潔度的影響。如圖5所示,影響孔壁粗糙度的最主要因素是每齒切向進給量,其次是主軸轉速,最小的是螺距。
    
     總之,參數優化的主要目標是減小軸向切削力,減小孔徑誤差,提高孔壁質量。第五組具有最小的軸向切削力和孔徑誤差,第七組具有最小的孔壁粗糙度。當粗糙度值遠小于飛機制造標準,且第五組與第七組之間的差距僅為0.055m時,選擇第五組參數作為大直徑螺旋銑孔的最佳工藝參數。
    
     在此基礎上,研究了在最佳工藝參數下,切削力、加工質量和刀具磨損隨孔數的變化規律。
    
     在最佳切削參數下,軸向切削力隨孔數的變化如圖6所示。由于刀具磨合階段的切削過程不穩定,第二孔和第三孔的切削力突然增大,刀具進入。正常磨損階段,切削力逐漸增大,但范圍很小。加工30孔后,軸向切削力仍為100 N左右。
    
    
    
    
    
     在最佳參數下,表面粗糙度隨孔數的變化如圖7所示,前20個孔表面粗糙度在0.2~0.3m之間波動,而后20個孔表面粗糙度明顯增加,在0.4M附近波動。大直徑螺旋銑孔的孔壁粗糙度隨孔數的增加而增加,但變化范圍?。?.2-0.4m),完全滿足航空制造業對孔壁粗糙度的要求。
    
     在最佳切削參數下,孔徑隨孔數的變化如圖8所示。從圖中可以看出,預加工階段的直徑相對穩定,波動在19.07mm左右;后13孔的直徑波動較大,這時預加工階段的直徑變化很大。其主要原因是鈦合金的粘結和刀具的磨損,考慮到通過調整螺旋銑削孔的偏心度可以補償孔徑誤差,用最大偏差來評價加工的孔徑精度更為有效。標準孔徑19.05mm,加工孔徑的最大誤差為0.03mm,誤差值小,加工效果好。
    
     圖9顯示了加工30個孔后刀具的磨損形態。刀具側刃的磨損很小,幾乎看不見,刃口形狀基本完好。沒有發生邊緣塌陷(見圖9A)。圖9b顯示了工具尖端的磨損形貌,而明顯的鈦合金結合發生在工具尖端的刀片側面,表明這里發生了結合磨損;圖9C和9D顯示了工具的底邊緣。邊緣稍有斷裂,從磨損量上看,底部邊緣的磨損比側部邊緣的磨損嚴重,因此,最嚴重磨損是底部邊緣,最嚴重磨損是外端。這是因為底部邊緣是連續切削的,并且每個齒的軸向進給非常?。?.28m齒)。側刀面與工件之間的摩擦嚴重,切削溫度高,結合磨損和氧化磨損加劇,離刀尖越近,切削速度越高,磨損越嚴重。
    
    
    
    
    
    
    
     無論是側刃還是底刃,銑削30個孔后,磨損量遠低于0.3mm磨削鈍標準,表明在此工藝參數下,刀具可加工的孔數遠大于30。
    
     鈦合金大直徑孔的加工一直是飛機制造業的難題。傳統的銑削工藝需要采用鉆鉸、多工序、數十刀等多種加工工藝,這既費時又費力。介紹了3/4大直徑孔的加工工藝。得到以下結論:
    
     采用正交實驗和極值分析方法,分析了不同工藝參數對鈦合金大直徑(3/4)孔螺旋銑削的切削力、孔徑精度和孔壁粗糙度的影響。結果表明,影響環形孔壁軸向力的主要因素是螺距,而主軸轉速和切向進給量是影響孔徑精度的主要因素,切向進給量是影響環形孔壁粗糙度的主要因素。
    
     綜合考慮切削力和切削質量,得到大直徑螺旋銑削孔加工的最佳切削參數為:主軸轉速n=1800r/min,螺距AP=0.25mm,徑向進給f=0.025mm/.,加工效率147.7s/.。
    
     隨著孔數的增加,切削力略有增加。加工30孔后,加工質量明顯優于航空制造標準,刀具磨損小,能夠滿足鈦合金大直徑螺旋銑削孔的加工要求。
    
    

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