钛合金法兰盘铣加工方法的研究

纪　鑫　韩　微（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁　沈阳　110043）

钛合金法兰盘铣加工方法的研究

纪鑫韩微
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110043）

在钛合金法兰盘铣加工过程中，需要克服零件易变形、尺寸精度高、加工效率低、刀具消耗成本高等问题，该零件在控制成本和减小超差风险方面须进行研究，本文从该类零件的材料特性开始叙述了该零件加工过程中选择刀具的要点、走刀路径的设计和参数选择的过程，对如何提高钛合金零件加工效率、减小变形和降低超差可能性进行了分析，按照铣削方式对加工过程中切削负荷的控制方法进行了初步研究。

钛合金；法兰盘；易变形；加工效率；切削负荷

1　零件结构介绍和加工需求

本文针对法兰盘的铣加工过程进行论述。典型零件两侧各有一组定位面，前端连接发动机整流罩，后端连接发动机风扇盘，孔和花边起到固定和减重作用。以下是铣加工工序要求。法兰盘的结构复杂，由于大部分结构都有着专门的作用，因此尺寸精度要求高，零件的加工难度较大。由于该类型零件的加工余量较大，加工过程中必须保证零件加工前后变形得到有效控制，零件的表面质量要求相对严格，因此加工过程比较复杂。这使得该零件加工工艺方法与传统工艺方法具有较大差别。该零件铣加工工序除了要完成较严格的孔径要求，同时还要在去除大余量过程中保证加工变形有效控制，该零件各组孔之间角向关系复杂，且位置度要求较高，孔与花边有严格的位置关系，加工后还要进行喷丸等特种工艺，加工时必须内控上述特性以满足后续特种工艺过程对其的影响，这给零件的加工带来了困难。

2　材料切削性能及刀具选用

2.1材料特性介绍

该零件使用DMD0777材料相当于国产TC4合金，与其它的金属材料相比，钛合金具有比重小、热强度高、热稳定性和抗腐蚀性好等特性，但同时钛合金材料还具有硬度或高温硬度高、加工硬化大、导热性差、切削温度高、易与刀具粘接、化学活性大等特点，钛合金的这些特性使得它成为切削加工性较差的难加工材料。

2.2切削刀具的选择

切削刀具的选择需要注意几个主要的方面：

（1）从刀具几何角度方面考虑，刀具后角通常可以取大一些，以减低后刀面和工件表面之间的摩擦，前角也要选大些使刀具更锋利，增强刀头强度，减小加工变形，降低加工硬化，提高已加工表面质量。

（2）从刀尖强度、散热能力、耐磨性、表面质量和加工效率方面考虑，在确保装夹和刀具系统刚性情况下可以适当增大铣刀端部刀尖半径，这允许了在保证表面质量情况下降低切屑厚度、进而提高进给，并加强了刀尖强度、散热能力、耐磨性。

2.3加工钛合金切削用量的选用准则

钛合金切削用量和高温合金以及部分航空用不锈钢材料接近，都是应从降低切削温度的观点出发，因为控制切削热是保护刀具的首要手段。由于切削钛合金时，表面粗糙度与切削线速度无关，切削深度的影响也很小，所以在考虑加工效率因素情况下可以根据刀具形状和大小以及端刃圆弧结构适当调整进给量，力求通过切屑的厚度和宽度来控制刀具切削过程中的受力状态，达到加工目的。选择切削用量过程中还应考虑加工过程中刀具和零件承受的切削负荷，降低切削负荷的首要方法是降低切削力，轻快的切削有利于降低零件加工过程中的受力，进而减小零件变形。切削负荷的降低有几种方法，首先，可以选择小切深，大进给方式，该方式在使用端刃进行切削过程中较为常见，由于此种方法排屑容易，冷却方便，刀具整体承受负荷较低，因此在达到加工目的的同时还可以实现较大的材料去除率。其次，可以选择小切宽大进给方式，同样为了降低刀具承受的载荷，也可以达到同样目的，在两种方法都可以应用时，首选使用端刃进行加工，因为此时由于刀具受力方向更偏向刀具轴向方向，刚性较强。在端刃磨损无法使用情况下，以侧刃进行铣削可以有效利用刀具的各个位置，有利于降低刀具消耗。本零件加工过程中，这两种方法都进行了应用，达到了加工效率和刀具成本的平衡。

3　该零件铣加工刀具轨迹设计和加工过程

3.1刀具轨迹设计的一般原则

花边结构需要去除的余量较大，加工及工序控制难度大，走刀路径的设计对零件加工有着较大影响。在本零件的铣加工过程中克服了几项刀轨设计的难题。首先为获得较大材料去除率需要应用刀具过程中尽可能有较大进给，大进给应用过程中必须避免拐角处的切削负荷变化问题，避免该问题的方法一方面是低负荷切入、切出，另一方面，在较小拐角处应通过切削参数来调整切削负荷，即应用圆弧切入切出方法和拐角处降速的方法。刀具轨迹设计过程必须考虑加工过程中每个加工动作，将各个时刻的切削负荷有效控制，才能将刀具性能有效发挥，同时有利于降低刀具损耗。铣削过程中，针对钛合金永远是用顺铣方式，因为材料性能原因，逆铣时刀具磨损较大，零件表面质量较差。

3.2加工过程要点

加工的操作过程中需要严格按照操作规程进行，为满足零件批产的需求和质量的稳定，加工过程中需要注意多个方面，其中包括：

（1）刀具的装夹长度需要严格规定，因为在进行极高效率的去除材料过程中，往往牵扯零件和刀具震动问题，通过调整参数尽管可以避免共振产生，但为了追求成本上的降低，应选择最优的加工条件。

（2）刀具的耐用度需要经过试验和统计，因为加工钛合金零件过程中常常出现加工硬化等表面问题，该问题往往由于刀具积压零件表面或切屑进入切削区域产生，因此钝刀不能使用，必须明确规定每把刀具加工零件的数量。

（3）精加工过程必须使用新刀刃并且精加工过程中不允许中途更换刀片，避免刀片尺寸和锋利程度对零件质量造成不稳定影响。

（4）对于整体硬质合金刀具，加工前必须检查刀具是否锋利，磨损较严重的刀具不允许使用。

（5）安装精加工刀具过程中必须检查刀具偏摆，刀具偏摆值超过0.02时将造成部分特性超差。

结语

由于此零件加工过程设计合理有效，余量去除过程稳定以及对操作步骤的熟练掌握，达到了零件加工过程的高效率、高质量和低消耗，通过该件的研制最终保证了设计图纸和相关文件的要求，成功完成该机型法兰盘铣加工技术的研究。

[1]航空发动机典型零件机械加工[M].北京：航空工业出版社，2014.

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