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鈦合金管子的深孔加工

2018-4-4 來源：中航工業沈陽黎明航空發動機（有限）責任作者：劉（liú）偉龍劉玫楊爍

摘要：本文主要以鈦合金管子深孔加工為研究對象，開展鈦合金（jīn）管子深（shēn）孔加工（gōng）工藝研究，在公司內，依據公（gōng）司現有的設備能力，在對原有深孔加工設備T2120改造的基礎上，自行研究設（shè）計了一根專用的長刀杆；同時還研製出相關一（yī）係列的專用深孔加工刀（dāo）具和（hé）配套（tào）工具，利用傳統的深孔（鑽擴鉸）加工技術，實現了鈦合金（jīn）的深孔加工工藝，在試驗過程中克服了鈦合金深孔（kǒng）加工研製中多種困難，解決了諸多技術關鍵，滿足深孔加工技（jì）術（shù）要（yào）求，完成了鈦合金管子的深孔加工；達到了逾期的研製目標。保證了研（yán）製和配套要求，取得了明顯的效果。

關鍵詞：鈦合金；管子；深（shēn）孔（kǒng）加工

隨著我國製造技術的發展，在一些典型零件的生產過程中，有相當高的技術含量，其加工製（zhì）造（zào）具有相當大的難度，需要采（cǎi）用一些新方法和新工藝，同時也還需（xū）要開發利用傳統的（de）加工技術優勢，進行工藝研究。

鈦合金管子件的材料為Tc6，管（guǎn）孔內徑為（wéi）Φ40，長（zhǎng）度為575，如圖1所示（shì），這種鈦合金材料深（shēn）孔加工工（gōng）藝是我們首次接觸到的深孔（kǒng）加（jiā）工工藝，其深孔類似典型長（zhǎng）軸類零件空心結構，尤其是零件內孔直徑（jìng）尺寸（cùn）為（wéi）Φ40的深孔；與公（gōng）司的深孔加（jiā）工設備（T2120深孔鑽鏜床）無法配套；因為原機床上配套刀杆外徑（jìng）為Φ38，加工時零（líng）件總長度必須在750~1500，現有條件，根本無法實現管子直徑的深孔（kǒng）加工要求。這（zhè）樣（yàng）鈦合金管子深孔加工技術（shù）就成為零件（jiàn）研製中，亟待解決的（de）技術關鍵。

圖 1 零件結構（gòu）圖

1 、加工（gōng）技（jì）術難點分析

零件的外圓尺寸和技術條件要求嚴格，其技術難點顯現為薄壁零件（jiàn）的深孔加工，且為（wéi）難加工（gōng）的鈦合金材料（liào）：Tc6，為了滿足設（shè）備條件，在工藝上規（guī）定加工的深孔長（zhǎng）度為1170（為兩個零件的長度），長徑比為1170∶38，表麵粗糙（cāo）度為Ra0.5；由於零件的材料特殊，深孔直徑尺寸規格與機（jī）床係統不匹配，在專用深孔鑽床上刀杆的（de）結構設計（jì）、選材與製造十分（fèn）困難，導致零件的深孔加工極為困難。同時還（hái）需要對現有的設備加以改（gǎi）進，滿足新設計的刀（dāo）杆（gǎn）的（de）尺寸配（pèi）套（tào）需求。為此我（wǒ）們開展薄壁鈦合（hé）金軸管類（lèi）零件深孔加工的專題（tí）工作。

2 、製（zhì）定具體（tǐ）的措施

2.1 確定加工方案

我們以鈦（tài）合金深孔加工為研討專題，對工（gōng）裝的研製、定位密封結構（gòu）設計、深孔設備的改製等技術（shù）問題（tí），確定了利用公司現有的深孔設備加以改進這種加工（gōng）方案，即在T2120深（shēn）孔鑽床上開展鈦合金管子的深孔（kǒng）加工研製工作，製定了具體改進措施如下：對機床配套刀杆的定位係統結構加以改製（zhì）；設（shè）計與零（líng）件配套的定位密封結構；研究深孔加工刀具材料；在滿足刀杆的設計要求下，製定刀具（jù）結構（gòu）尺（chǐ）寸，同時刀杆設計時，還要滿足刀杆內孔（kǒng）的排屑功能等基礎研究工作。為此我們先後設計製造（9種）專用深孔刀具、鏜頭和刀杆等工（gōng）裝及設備配套零部件。進行（háng）了大量的加工試驗，確保（bǎo）鈦合金管子深孔加工研製工作順利（lì）進行，經試驗後滿足生產研製的需求，解決鈦合金管子的深孔加工技術關鍵。

首先我們結合鈦合（hé）金管子的深孔結構和公司內現有的設備情況，製定具體的工藝加工路線，編製工藝規程（chéng）。鈦（tài）合金管子工藝加工路線如下：毛料—粗車基準—鑽深孔—擴深孔—鉸孔—精車外圓—檢（jiǎn）驗。

2.2 專用工裝的設計（jì）

2.2.1 專用深孔（kǒng）刀（dāo）杆的設（shè）計。由於確（què）定了深孔的加工設備（深孔鑽鏜床T2120），在刀杆的設計結構上必須與機床切削及密封係統相配套（tào）。鈦合金管（guǎn）子的深孔（kǒng）內徑尺寸為Ф40，因此在（zài）刀杆內、外徑尺寸的設計結構上受到一定的限（xiàn）製。一方麵刀杆外（wài）徑尺寸（cùn）不能過大，導致深孔加工時高壓油的流（liú）入量減少，產生壓力不（bú）足，影響深孔加工（gōng）的刀杆內（nèi）排屑功能。易產生切屑堵塞（sāi）刀杆現象。另一方麵設計刀杆時（shí），還要兼顧到刀杆的最大內徑尺寸，必須做到刀杆內、外徑尺寸相匹配，保證刀杆頭部（bù）連接處矩（jǔ）形螺紋的牢（láo）固可靠，刀杆具有足（zú）夠的（de）剛性，同時還要滿（mǎn）足並實現深孔加工設備（T2120深（shēn）孔鑽（zuàn）鏜床）內排屑（xiè）功能，保證在高壓油（yóu）的（de）作用下使切（qiē）屑順利的沿刀杆內孔行腔排入鐵屑箱內。

2.2.2 刀具的設計。分別設計專用的深孔鑽頭、深孔擴孔鑽、轉接座、深孔鉸刀和配套的鉸刀座。

2.3 設計與機床和零（líng）件連接的定位

密封結構，即選定設計（jì）密封過渡轉接套結構，實現零件與機床接觸麵（miàn）的密封功能，解決連接處順利過（guò）渡，使（shǐ）零件與刀具形成封閉的空（kōng）間，在深（shēn）孔切削加工時，形成封閉的高壓循（xún）環係統，防止高壓油外泄（xiè），實（shí）現機床在深孔加（jiā）工時冷卻和排屑、潤滑等功能。

3、鈦合金管子深（shēn）孔加工的實施過程（chéng）

在鈦合金管子深孔（kǒng）加工中，采用的加工工藝仍沿用過去傳統的深孔（kǒng）加工方法。利用（yòng）我們生產現場經過改造後的（de）設備，安裝專用的深孔刀杆和配套刀具，進行深孔加工（gōng），具體的加工步驟分三步進行：鑽孔—擴孔—鉸孔，開展加工試驗，如圖2所示。

圖 2 深孔鑽、擴（kuò）孔和深孔鉸孔（kǒng）結構

加工試驗後，加工出首件鈦合金管子深孔表麵出現如下（xià）問題：內孔直徑尺寸局部（bù）超差，表麵粗（cū）糙度不好，內孔表麵有溝（gōu）痕現象。

經過（guò）分析，我們發（fā）現（xiàn）浮動鉸刀（dāo）的過渡轉接處尺寸為上限，鉸刀（dāo）引導端（duān）切削受力不均，生產浮動刀片偏移，導致內孔直徑尺寸超出圖紙要求。另外（wài）內孔溝痕的產生原因是由於管壁（bì）較薄，深孔過長，鉸孔加工時產生（shēng）振刀和擠刀後，易產生（shēng）這一（yī）現象（xiàng），此外鉸刀磨損後也會產生上述問題。

針對這些問題（tí）的產生原因（yīn），逐漸完善並改進刀具結構（gòu），製定改進方法。增加在加工前檢查鉸刀的實（shí）際尺寸，以（yǐ）及浮動鉸（jiǎo）刀引導端的定心作用，確保鉸刀的自動定心後，進行（háng）鉸削，同時檢查刀具磨損情況，及時更換新刀。這樣在以後的加工中保證（zhèng）了深孔加（jiā）工的尺寸。完成了首件（jiàn）鈦合（hé）金管子深孔加工研製工作，並在以後（hòu）的加工中，陸續完成了48件鈦合金管子深孔加工任（rèn）務。滿足了公（gōng）司的研製（zhì）生產需求，解決鈦（tài）合金管子的深孔加工技術關鍵。

4 、加工總結

試驗（yàn）結果（guǒ）驗證，由此證明（míng）當初製定這種深孔加工方案（àn）是可行性的。這種鈦（tài）合金材料的深孔加工方法和加工工藝已納（nà）入到相關（guān）的技術文（wén）件（jiàn）中，應（yīng）用在專用生（shēng）產線上。

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