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[摘要] 從精密孔的加工和螺纹孔的加工两个方面，分别论述了航空工业中复杂型腔零件具有焊接工艺零件的精密孔的加工改进方法，及具有良好韧性材料的较大螺纹孔的复合加工改进方法。
关键词： 复杂型腔；精密孔；螺纹孔；切削参数
中图分类号：TH131.3 文献标识码： A
在航空工业零部件加工制造领域，有很多复杂型腔形状的铸件是由钛合金材料加工合成，但由于这些零部件的形状不规则，再加上铸件材料的弹性模量低和韧性良好，所以这些腔孔形状复杂、且尺寸精密的零件极难加工。我公司曾加工过一批该类型零件，其精密内孔尺寸要求为φ164.554±0.007，位置度要求为0.02，全跳动要求为0.02，但由于加工方法和测量方法的不当，常出现加工部件的尺寸超差、合格率低的现象。此外，在加工零件规格为0.6875-24 UNJEF 3B的精密螺纹孔手工攻丝时零件易变形，且时常发生丝锥攻丝不到尺寸，丝锥消耗量极大等情况，严重耽误零件加工进度。在此情况下，为保证零件质量、提高生产效率和合格率，我们在实际工作中做了如下一系列改进，并取得了良好的效果。
1精密孔的加工
1.1 工艺路线的确定
此零件需要有一小孔需要焊接，将其完全密封，之后再进行有1.37MPA压力的压力试验。由于零件型腔复杂，型腔内部的管路众多，零件刚性尚可，初始分析焊接不会对零件尺寸发生变化，因此最先安排的是先将机械加工全部完成，再进行焊接和压力试验。但实际结果表明焊接和压力试验对零件的精密尺寸孔都会有较大影响，之后对零件结构进行详细探讨分析，发现精密孔和焊接孔虽无直接相连，但焊接的热影响依然会间接对精密内孔产生变形，因此同时在对零件的加工尺寸链进行了分析和计算，最终决定将精密孔的加工放在焊接和压力试验后进行。
零件夹具的改进
零件精密内孔φ164.554+-0.007，位置度要求0.02，全跳动要求0.02，用传统思维方式，是先加工零件（夹具上的零件只压六个点），然后再上约束夹具测量（本零件允许约束测量，用29个螺钉加20NM扭矩的力压紧基准平面）。实际结果显示无法保证零件尺寸和形位公差合格，这是因为加工时的夹具和测量的约束夹具虽然都满足0.015的平面度要求，但是高点对零件所处的位置不一样，因此压紧后引起的零件变形也就不一致。导致加工完的零件结果不合格。
图1零件装夹图
经分析，在此情况下只有加工夹具和测量夹具完全一致的情况下才能保证零件的各项要求全部合格，经咨询了客户的工程和质量工程师，得到了允许我们加工和测量可以用同一个夹具后，我们对夹具做了如下改进：将夹具分成两大部件，夹具部件一可与机床相连，夹具部件二与零件相连好后再倒扣与夹具部件一相结合。其中与零件相连的夹具部件二依照零件设计图要求，对零件内孔定位，平面用29个螺钉每个螺钉上加20NM扭矩的力压紧，具体如图1 零件装夹图所示。
1.3切削方式的改善
由于此类零件是由钛合金材料铸造而成，而该类材料有如下四个特点，所以如果要加工出±0.01的公差难度很大。类钛合金的四大特性：（1）钛合金的导热性差，切削时产生的热量集中在切削刃附近，不易散出，工件易被烧伤，刀具材料易软化，加剧刀具的磨损。（2）钛合金化学性能活泼，在受热的情况下，易与大气中的氧氮发生化学反应，生成硬脆物质。（3）具有很强的亲和力，切削过程中，刀具和工件间易发生粘结和元素扩散现象，形成积削瘤，造成过切。（4）弹性模量低，在切削加工中，会有较大的切削变形及大的弹性恢复，使刀具的实际后角减少，加剧后刀面与已加工表面间的磨擦，加剧刀具的磨损，降低已加工表面的质量，且使零件形成较大的圆度，很难达到精密尺寸的要求。
根据实际工作中的经验和探索，我们提出如下解决方案：（1）在加工过程必须保持刀具锋利和良好的耐磨性及耐冲击性；（2）选择合适的加工参数；(3)要确量具保量的准确（量具为进口的千分尺内径表，最大的测量范围为±0.15）。 在本零件中我们选用的刀具的材料为YG8，刀具后角为12°～18°，前角为5°～8°，通过增加后角是以便保持刀具的锋利，减少前角是为了增加刀具刃部的刚性，同时增加切削与前刀面的接触面积，改善散热条件。为确保加工后得到最为理想的圆度值，在切削参数的选择上我们做了很多的实验，实验结果如下表1所示：
表1切削参数与圆度值的关系
转速(转/分) 切削深度（直径方向mm） 进给率mm/转 圆度值mm
第一次 300 0.12 0.1 0.015
第二次 200 0.13 0.15 0.012
第三次 150 0.06 0.12 0.011
第四次 100 0.05 0.12 0.013
第五次 100 0.12 0.08 0.007
第六次 60 0.1 0.1 0.006
第七次 50 0.13 0.08 0.009
表1中的结果表明，对圆度值最终结果影响最大的切削参数是转速和切削深度，但由于精密量具测量范围的局限，切削深度的选择均没有超过0.15mm。根据上述的改进方法，我们选用了对圆度值影响最小的参数（第六次试验的参数）进行加工零件，到目前为止，一共加工了16件，最大最小值均小于0.006。成功的应用实例再次表明，经过上述改进之后，稳定了加工状态，消除了加工和测量时由于压紧而产生的变形误差，保证了零件尺寸和形位公差的一致性。
2螺纹孔的加工
精密螺纹孔零件规格为0.6875-24 UNJEF 3B，一般采用丝锥进行加工。而丝锥尺寸常常较大，攻丝时力量也很大，所以不但产生巨大的….同时，丝锥消耗也较大，而且也容易使零件的支靠的基准面变形。因此，加工螺纹时采用了美国宇航螺纹标准，但由于其规格较大，能生产此丝锥的生产厂家又很少，且价格昂贵，所以对零件的加工效率和成本造成极大的影响。
针对这种情况，结合我们实际的工作经验，我们提出了如下新的加工方法：（1）先用螺纹铣刀铣削进行粗加工，再用丝锥进行精加工这一复合加工的生产方式。不用螺纹铣削到尺寸的原因是由零件形状和零件材料所决定的，此螺纹所处的位置有一安装边，加工时为了避让，刀具长度须伸出80mm（刀具直径10mm），刀具的长颈比太大，加工时刚性差，易让刀，加工时难加工到尺寸；零件材料是钛合金，韧性好，且有较好的弹性变形特性，加工时难使尺寸直接到位。（2）选择恰当的刀具和加工参数：由于螺纹铣削只在铝镁合金材料上得到了大量的运用，但在其它材量上的应用很少，因此我们对所选取的刀具和加工参数做了多次分析和探讨，加工时刀具的线速度选择35M/min,每齿进给0.025mm，分三次切削，第一次切削深度0.2，第二次切削深度0.1，第三次切削深度0.05，按螺纹理论尺寸去加工，因刀具让刀和材料弹性变形引起的尺寸不到位，留给丝锥进行攻丝加工。
经过多次试验后发现，采用铣削后再攻丝，既可减少攻丝力量，同时也可完全消除因攻丝减少而引起零件变形的其他因素。根据上述的改进方法，我们多次进行零件加工发现，丝锥消耗量减少到低于原来消耗量的1/3，既达到了保证零件质量、提高生产效率的目的。
3结论
为解决复杂型腔型、尺寸精密的精密孔和螺纹孔等零件的加工困难问题，本文提出了很有建设性的改进意见和措施，对航空工业制造领域中类似钛合金材料的精密尺寸的加工具有重要的借鉴意义和参考价值。
参考文献：
[1]晏初宏. 数控机床与机械结构［M］.北京：机械工业出版社，2011-6-1
[2]北京第一通用机械厂. 机械工人切削手册［M］.北京：机械工业出版社，2009-1-1
[3]胡国强. 金属切削刀具刃磨与管理[M], 北京：机械工业出版社，2012-11-1
[4]技能士の友编集部（日）. 螺纹加工[M], 北京：机械工业出版社，2010-11-1
[5]技能士の友编集部（日）. 测量技术[M], 北京：机械工业出版社，2010-1-1
关键词： 复杂型腔；精密孔；螺纹孔；切削参数
中图分类号：TH131.3 文献标识码： A
在航空工业零部件加工制造领域，有很多复杂型腔形状的铸件是由钛合金材料加工合成，但由于这些零部件的形状不规则，再加上铸件材料的弹性模量低和韧性良好，所以这些腔孔形状复杂、且尺寸精密的零件极难加工。我公司曾加工过一批该类型零件，其精密内孔尺寸要求为φ164.554±0.007，位置度要求为0.02，全跳动要求为0.02，但由于加工方法和测量方法的不当，常出现加工部件的尺寸超差、合格率低的现象。此外，在加工零件规格为0.6875-24 UNJEF 3B的精密螺纹孔手工攻丝时零件易变形，且时常发生丝锥攻丝不到尺寸，丝锥消耗量极大等情况，严重耽误零件加工进度。在此情况下，为保证零件质量、提高生产效率和合格率，我们在实际工作中做了如下一系列改进，并取得了良好的效果。
1精密孔的加工
1.1 工艺路线的确定
此零件需要有一小孔需要焊接，将其完全密封，之后再进行有1.37MPA压力的压力试验。由于零件型腔复杂，型腔内部的管路众多，零件刚性尚可，初始分析焊接不会对零件尺寸发生变化，因此最先安排的是先将机械加工全部完成，再进行焊接和压力试验。但实际结果表明焊接和压力试验对零件的精密尺寸孔都会有较大影响，之后对零件结构进行详细探讨分析，发现精密孔和焊接孔虽无直接相连，但焊接的热影响依然会间接对精密内孔产生变形，因此同时在对零件的加工尺寸链进行了分析和计算，最终决定将精密孔的加工放在焊接和压力试验后进行。
零件夹具的改进
零件精密内孔φ164.554+-0.007，位置度要求0.02，全跳动要求0.02，用传统思维方式，是先加工零件（夹具上的零件只压六个点），然后再上约束夹具测量（本零件允许约束测量，用29个螺钉加20NM扭矩的力压紧基准平面）。实际结果显示无法保证零件尺寸和形位公差合格，这是因为加工时的夹具和测量的约束夹具虽然都满足0.015的平面度要求，但是高点对零件所处的位置不一样，因此压紧后引起的零件变形也就不一致。导致加工完的零件结果不合格。
图1零件装夹图
经分析，在此情况下只有加工夹具和测量夹具完全一致的情况下才能保证零件的各项要求全部合格，经咨询了客户的工程和质量工程师，得到了允许我们加工和测量可以用同一个夹具后，我们对夹具做了如下改进：将夹具分成两大部件，夹具部件一可与机床相连，夹具部件二与零件相连好后再倒扣与夹具部件一相结合。其中与零件相连的夹具部件二依照零件设计图要求，对零件内孔定位，平面用29个螺钉每个螺钉上加20NM扭矩的力压紧，具体如图1 零件装夹图所示。
1.3切削方式的改善
由于此类零件是由钛合金材料铸造而成，而该类材料有如下四个特点，所以如果要加工出±0.01的公差难度很大。类钛合金的四大特性：（1）钛合金的导热性差，切削时产生的热量集中在切削刃附近，不易散出，工件易被烧伤，刀具材料易软化，加剧刀具的磨损。（2）钛合金化学性能活泼，在受热的情况下，易与大气中的氧氮发生化学反应，生成硬脆物质。（3）具有很强的亲和力，切削过程中，刀具和工件间易发生粘结和元素扩散现象，形成积削瘤，造成过切。（4）弹性模量低，在切削加工中，会有较大的切削变形及大的弹性恢复，使刀具的实际后角减少，加剧后刀面与已加工表面间的磨擦，加剧刀具的磨损，降低已加工表面的质量，且使零件形成较大的圆度，很难达到精密尺寸的要求。
根据实际工作中的经验和探索，我们提出如下解决方案：（1）在加工过程必须保持刀具锋利和良好的耐磨性及耐冲击性；（2）选择合适的加工参数；(3)要确量具保量的准确（量具为进口的千分尺内径表，最大的测量范围为±0.15）。 在本零件中我们选用的刀具的材料为YG8，刀具后角为12°～18°，前角为5°～8°，通过增加后角是以便保持刀具的锋利，减少前角是为了增加刀具刃部的刚性，同时增加切削与前刀面的接触面积，改善散热条件。为确保加工后得到最为理想的圆度值，在切削参数的选择上我们做了很多的实验，实验结果如下表1所示：
表1切削参数与圆度值的关系
转速(转/分) 切削深度（直径方向mm） 进给率mm/转 圆度值mm
第一次 300 0.12 0.1 0.015
第二次 200 0.13 0.15 0.012
第三次 150 0.06 0.12 0.011
第四次 100 0.05 0.12 0.013
第五次 100 0.12 0.08 0.007
第六次 60 0.1 0.1 0.006
第七次 50 0.13 0.08 0.009
表1中的结果表明，对圆度值最终结果影响最大的切削参数是转速和切削深度，但由于精密量具测量范围的局限，切削深度的选择均没有超过0.15mm。根据上述的改进方法，我们选用了对圆度值影响最小的参数（第六次试验的参数）进行加工零件，到目前为止，一共加工了16件，最大最小值均小于0.006。成功的应用实例再次表明，经过上述改进之后，稳定了加工状态，消除了加工和测量时由于压紧而产生的变形误差，保证了零件尺寸和形位公差的一致性。
2螺纹孔的加工
精密螺纹孔零件规格为0.6875-24 UNJEF 3B，一般采用丝锥进行加工。而丝锥尺寸常常较大，攻丝时力量也很大，所以不但产生巨大的….同时，丝锥消耗也较大，而且也容易使零件的支靠的基准面变形。因此，加工螺纹时采用了美国宇航螺纹标准，但由于其规格较大，能生产此丝锥的生产厂家又很少，且价格昂贵，所以对零件的加工效率和成本造成极大的影响。
针对这种情况，结合我们实际的工作经验，我们提出了如下新的加工方法：（1）先用螺纹铣刀铣削进行粗加工，再用丝锥进行精加工这一复合加工的生产方式。不用螺纹铣削到尺寸的原因是由零件形状和零件材料所决定的，此螺纹所处的位置有一安装边，加工时为了避让，刀具长度须伸出80mm（刀具直径10mm），刀具的长颈比太大，加工时刚性差，易让刀，加工时难加工到尺寸；零件材料是钛合金，韧性好，且有较好的弹性变形特性，加工时难使尺寸直接到位。（2）选择恰当的刀具和加工参数：由于螺纹铣削只在铝镁合金材料上得到了大量的运用，但在其它材量上的应用很少，因此我们对所选取的刀具和加工参数做了多次分析和探讨，加工时刀具的线速度选择35M/min,每齿进给0.025mm，分三次切削，第一次切削深度0.2，第二次切削深度0.1，第三次切削深度0.05，按螺纹理论尺寸去加工，因刀具让刀和材料弹性变形引起的尺寸不到位，留给丝锥进行攻丝加工。
经过多次试验后发现，采用铣削后再攻丝，既可减少攻丝力量，同时也可完全消除因攻丝减少而引起零件变形的其他因素。根据上述的改进方法，我们多次进行零件加工发现，丝锥消耗量减少到低于原来消耗量的1/3，既达到了保证零件质量、提高生产效率的目的。
3结论
为解决复杂型腔型、尺寸精密的精密孔和螺纹孔等零件的加工困难问题，本文提出了很有建设性的改进意见和措施，对航空工业制造领域中类似钛合金材料的精密尺寸的加工具有重要的借鉴意义和参考价值。
参考文献：
[1]晏初宏. 数控机床与机械结构［M］.北京：机械工业出版社，2011-6-1
[2]北京第一通用机械厂. 机械工人切削手册［M］.北京：机械工业出版社，2009-1-1
[3]胡国强. 金属切削刀具刃磨与管理[M], 北京：机械工业出版社，2012-11-1
[4]技能士の友编集部（日）. 螺纹加工[M], 北京：机械工业出版社，2010-11-1
[5]技能士の友编集部（日）. 测量技术[M], 北京：机械工业出版社，2010-1-1