一种特殊钛合金零件的加工.pdf

1、 精密制造与自动化 2016年第2期 52 一种特殊钛合金零件的加工 袁 伟（陕西工业职业技术学院 陕西咸阳 712000）摘 要 以一种钛合金材料零件的加工为例，对钛合金材料导热性差，化学性能活跃及机械加工困难等特点，从加工方法的选择，加工工艺的制定，加工参数的选择方面入手，分析钛合金材料的加工原则，以及在不同加工方法下表现出的具体特点和所应采取工艺措施。关键词 钛合金 线切割加工 钻孔 电参数 人们对金属钛及其合金的认识仅有半个世纪，从刚开始主要是航空发动机用的耐高温钛合金和机体用的结构钛合金，到 70 年代开发出耐蚀钛合金，再到 80 年代至今，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。由于

2、钛合金具有高强度、耐腐蚀、抗高温等优点而被广泛应用在工作条件比较复杂的环境当中，比如煤炭、石油、天然气的开采行业等，由于其价格昂贵，使得钛合金的加工成为大家研究的对象，本文以一个特殊的钛合金零件为背景对钛合金的加工进行了研究。某煤炭开采公司井下探测设备探头损坏，其形状如图 1 所示，材质为钛合金，尺寸如表 1 所示。图图 1 探头立体图探头立体图 表表 1 探头尺寸探头尺寸 单位单位：mm 零件号 1 2 3 4 5 6 外径 100 85 70 55 40 25 内径 90 75 60 45 30 15 高度 100 100 100 100 100 100 1 1 加工加工方案选择方案选择

3、常规机械加工行业主要以车削、铣削、刨削、磨削、钳工及铸造焊接等为主。对于回转体类零件，通常考虑车削加工，取其中一个零件 10090100 为例，针对该零件的形状及尺寸选择以圆棒料作为毛坯，尺寸最大的直径为 100，而且在圆管内壁为配合区域，所以选择 100 的合金棒料，主要是加工内孔 90100，这样通过在 100 的棒料上去除 90100 的材料，实际上是将大部分材料直接浪费掉了，并且，在车削的过程中对于刀具、冷却液和加工参数的要求非常高，所以车削加工毫无优势可言。铣削加工与车削加工的方法几乎一致，所以车削、铣削不能成为加工的最优方式。选择合理的加工方式是很有必要的，通过研究零件尺寸，发现这

4、些零件是可以相互组合叠加在一起，也就是说所有的零件如果能够从一个毛坯上切下来，那样将会大大节省原材料的开支，但是每个零件的外轮廓只比与它配合的零件的内孔内径小5mm，普通的机械加工没有任何刀具能够完成这样的工作。这样一来，我们需要重新寻找加工方式，要求刀痕必须小于 5 mm。通过对现有加工方式的探寻，发现线切割加工具有极窄的割缝，仅仅只有 0.2 mm，这样就可以满足我们的要求，本次加工我们就选定用线切割来加工该组零件。2 2 加工前准备加工前准备 （1）毛坯：100103 的钛合金棒料。（2）设备：快走丝线切割机床、平面磨床、台钻。（3）刀具：0.18 钼丝、1.5 钻头、1.8 钻头、2

5、钻头。袁 伟 一种特殊钛合金零件的加工 53（4）冷却液：水基皂化液。（5）辅具：V 型铁、划线尺、游标卡尺。3 3 加工过程及注意事项加工过程及注意事项 3.1 3.1 平面平面加工加工 由于毛坯零件上下平面与侧面不垂直，造成后续线切割加工时无法保证侧面与底面的垂直度，所以必须先在平面磨床上加工上下平面，加工余量3mm。3.2 3.2 打穿丝孔打穿丝孔 线切割内腔加工前必须要加工穿丝孔，使钼丝能够贯穿工件，钼丝直径 0.18 mm，穿丝孔不能太大，否则浪费原料，当然直径越小，深度越深的孔加工难度就越大。结合本次加工零件的实际情况，采用套切的形式，一个零件的外形与另一个零件的内腔之间只有 2.

6、5 mm 的余量，那么理论上所要加工孔的直径要小于 2.5 mm，但实际上，受到加工设备及操作者的人为因素的影响，孔的直径最大控制在 2 mm 最为保险。图 2 所示为 100100 圆棒料的断面图，5 个圆环表示切割后要保留的六个管状零件的端面图，图中 5 个窄圆环表示可切削部分，穿丝孔只能在这个窄圆环的范围之内，6 个小圆圈就是穿丝孔所在位置。孔是否能够打穿，是保证各孔同轴度关键所在。图图 2 棒料加工区域及穿丝孔所在区域棒料加工区域及穿丝孔所在区域 根据现有的加工设备，能够在 100 mm 深度的钛合金上钻 2 mm 通孔的手段确实很困难，经过筛选，最终选择电火花加工和台钻加工。首先实验的是电火花加工，众所周知电火花与线切割加工原理相同，都是通过工具电极与工件电极之间不断产生脉冲性火花放电，产生局部瞬时高温把金属蚀除掉的，在试加工过程中发现这样几个问题：（1）工具电极无法保证在 100 mm 内的垂直度，这样保证不了孔的位置。（2）工具电极损耗严重，由于所加工的孔直径只有 2 mm，使得在实际加工中电极的损耗速度竟然比所加工孔的速度还要快。进而不得不放弃电火花加工方式。对于台钻加