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，開展鈦合金管子深孔加工工藝研究，在公司內，依據公司現有的設備能力，在對原有深孔加工設備T2120改造的基礎上，自行研究設計了一根專用的長刀桿；同時還研制出相關一系列的專用深孔加工刀具和配套工具，利用傳統的深孔（鉆擴鉸）加工技術，實現了鈦合金的深孔加工工藝，在試驗過程中克服了鈦合金深孔加工研制中多種困難，解決了諸多技術關鍵，滿足深孔加工技術要求，完成了鈦合金管子的深孔加工；達到了逾期的研制目標。保證了研制和配套要求，取得了明顯的效果。
關鍵詞：鈦合金；管子；深孔加工
隨著我國制造技術的發展，在一些典型零件的生產過程中，有相當高的技術含量，其加工制造具有相當大的難度，需要采用一些新方法和新工藝，同時也還需要開發利用傳統的加工技術優勢，進行工藝研究。
鈦合金管子件的材料為Tc6，管孔內徑為Φ40，長度為575，如圖1所示，這種鈦合金材料深孔加工工藝是我們首次接觸到的深孔加工工藝，其深孔類似典型長軸類零件空心結構，尤其是零件內孔直徑尺寸為Φ40的深孔；與公司的深孔加工設備（T2120深孔鉆鏜床）無法配套；因為原機床上配套刀桿外徑為Φ38，加工時零件總長度必須在750~1500，現有條件，根本無法實現管子直徑的深孔加工要求。這樣鈦合金管子深孔加工技術就成為零件研制中，亟待解決的技術關鍵。
圖 1 零件結構圖
1 、加工技術難點分析
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的深孔加工，且為難加工的鈦合金材料：Tc6，為了滿足設備條件，在工藝上規定加工的深孔長度為1170（為兩個零件的長度），長徑比為1170∶38，表面粗糙度為Ra0.5；由于零件的材料特殊，深孔直徑尺寸規格與機床系統不匹配，在專用深孔鉆床上刀桿的結構設計、選材與制造十分困難，導致零件的深孔加工極為困難。同時還需要對現有的設備加以改進，滿足新設計的刀桿的尺寸配套需求。為此我們開展薄壁鈦合金軸管類零件深孔加工的專題工作。
2 、制定具體的措施
2.1 確定加工方案
我們以鈦合金深孔加工為研討專題，對工裝的研制、定位密封結構設計、深孔設備的改制等技術問題，確定了利用公司現有的深孔設備加以改進這種加工方案，即在T2120深孔鉆床上開展鈦合金管子的深孔加工研制工作，制定了具體改進措施如下：對機床配套刀桿的定位系統結構加以改制；設計與零件配套的定位密封結構；研究深孔加工刀具材料；在滿足刀桿的設計要求下，制定刀具結構尺寸，同時刀桿設計時，還要滿足刀桿內孔的排屑功能等基礎研究工作。為此我們先后設計制造（9種）專用深孔刀具、鏜頭和刀桿等工裝及設備配套零部件。進行了大量的加工試驗，確保鈦合金管子深孔加工研制工作順利進行，經試驗后滿足生產研制的需求，解決鈦合金管子的深孔加工技術關鍵。
首先我們結合鈦合金管子的深孔結構和公司內現有的設備情況，制定具體的工藝加工路線，編制工藝規程。鈦合金管子工藝加工路線如下：毛料—粗車基準—鉆深孔—擴深孔—鉸孔—精車外圓—檢驗。
2.2 專用工裝的設計
2.2.1 專用深孔刀桿的設計。由于確定了深孔的加工設備（深孔鉆鏜床T2120），在刀桿的設計結構上必須與機床切削及密封系統相配套。鈦合金管子的深孔內徑尺寸為Ф40，因此在刀桿內、外徑尺寸的設計結構上受到一定的限制。一方面刀桿外徑尺寸不能過大，導致深孔加工時高壓油的流入量減少，產生壓力不足，影響深孔加工的刀桿內排屑功能。易產生切屑堵塞刀桿現象。另一方面設計刀桿時，還要兼顧到刀桿的最大內徑尺寸，必須做到刀桿內、外徑尺寸相匹配，保證刀桿頭部連接處矩形螺紋的牢固可靠，刀桿具有足夠的剛性，同時還要滿足并實現深孔加工設備（T2120深孔鉆鏜床）內排屑功能，保證在高壓油的作用下使切屑順利的沿刀桿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鉆頭、深孔擴孔鉆、轉接座、深孔鉸刀和配套的鉸刀座。
2.3 設計與機床和零件連接的定位
密封結構，即選定設計密封過渡轉接套結構，實現零件與機床接觸面的密封功能，解決連接處順利過渡，使零件與刀具形成封閉的空間，在深孔切削加工時，形成封閉的高壓循環系統，防止高壓油外泄，實現機床在深孔加工時冷卻和排屑、潤滑等功能。
3、鈦合金管子深孔加工的實施過程
在鈦合金管子深孔加工中，采用的加工工藝仍沿用過去傳統的深孔加工方法。利用我們生產現場經過改造后的設備，安裝專用的深孔刀桿和配套刀具，進行深孔加工，具體的加工步驟分三步進行：鉆孔—擴孔—鉸孔，開展加工試驗，如圖2所示。
圖 2 深孔鉆、擴孔和深孔鉸孔結構
加工試驗后，加工出首件鈦合金管子深孔表面出現如下問題：內孔直徑尺寸局部超差，表面粗糙度不好，內孔表面有溝痕現象。
經過分析，我們發現浮動鉸刀的過渡轉接處尺寸為上限，鉸刀引導端切削受力不均，生產浮動刀片偏移，導致內孔直徑尺寸超出圖紙要求。另外內孔溝痕的產生原因是由于管壁較薄，深孔過長，鉸孔加工時產生振刀和擠刀后，易產生這一現象，此外鉸刀磨損后也會產生上述問題。
針對這些問題的產生原因，逐漸完善并改進刀具結構，制定改進方法。增加在加工前檢查鉸刀的實際尺寸，以及浮動鉸刀引導端的定心作用，確保鉸刀的自動定心后，進行鉸削，同時檢查刀具磨損情況，及時更換新刀。這樣在以后的加工中保證了深孔加工的尺寸。完成了首件鈦合金管子深孔加工研制工作，并在以后的加工中，陸續完成了48件鈦合金管子深孔加工任務。滿足了公司的研制生產需求，解決鈦合金管子的深孔加工技術關鍵。
4 、加工總結
試驗結果驗證，由此證明當初制定這種深孔加工方案是可行性的。這種鈦合金材料的深孔加工方法和加工工藝已納入到相關的技術文件中，應用在專用生產線上。
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