[發(fā)明專利]一種高精度臺階軸鈦合金材料深小孔高效加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711366012.6
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108115176B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金守榮;朱赤坤
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工哈爾濱風(fēng)華有限公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 23209 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 曹徐婷<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

一種高精度臺階軸鈦合金材料深小孔高效加工方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為了解決常規(guī)方法加工鈦合金材料時，加工孔徑精度低、散度大，導(dǎo)致與深孔裝配零件的互換性差，存在需要重復(fù)修配加工的問題。本發(fā)明包括步驟a、鉆導(dǎo)引孔；步驟b、采用深孔鉆加工內(nèi)層孔；步驟c、鉆中間層孔；步驟d、粗鏜外層孔；步驟e、精鏜外層孔和鏜中間層孔；步驟f、精鏜中間層孔和鏜內(nèi)層孔；步驟g、鉸內(nèi)層孔。本發(fā)明通過上述深孔加工工藝方法及科學(xué)分配加工余量，改善了鈦合金高精度階梯深小孔系在加工過程的冷卻狀況和排屑狀況，實現(xiàn)深孔粗精加工精準(zhǔn)定心，保證加工深孔尺寸穩(wěn)定可靠，提高生產(chǎn)效率，滿足批量生產(chǎn)的需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦合金材料深小孔加工方法，屬于機械加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鈦合金零件或組件中存在高精度臺階軸深小孔，尤其是航天鈦合金產(chǎn)品中所涉及的深孔孔徑尺寸、深孔直線度、位置度及表面質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，且產(chǎn)品使用需求大、使用要求高。目前高精度臺階軸鈦合金材料深小孔加工質(zhì)量一般較差，難于滿足設(shè)計要求，加工效率低，產(chǎn)品供給量不足。

鈦合金的密度約4.5g/cm3，僅為鋼的60％，純鈦的強度已接近普通鋼的強度，一些高強度鈦合金超過了許多合金結(jié)構(gòu)鋼的強度。因此鈦合金的比強度(強度/密度)遠(yuǎn)大于鋼等其他金屬結(jié)構(gòu)材料，可制出單位強度高、剛性好、質(zhì)輕的零、部件，在航空航天領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。

鈦的導(dǎo)熱系數(shù)λ＝15.24w/(m.k)約為鎳的1/4，鐵的1/5，鋁的1/14，而各種鈦合金的導(dǎo)熱系數(shù)比鈦的導(dǎo)熱系數(shù)約下降50％。鈦合金的彈性模量約為鋼的1/2，故其剛性差、易變形，切削時加工表面的回彈量很大，約為不銹鋼的2～3倍，造成刀具后刀面的劇烈摩擦、粘附、粘結(jié)磨損。在600℃以上時，鈦吸收氧形成硬度很高的硬化層；氫含量上升，也會形成脆化層。吸收氣體而產(chǎn)生的硬脆表層深度可達(dá)0.1～0.15mm，硬化程度為20％～30％。鈦的化學(xué)親和性也大，易與摩擦表面產(chǎn)生粘附現(xiàn)象。

綜上可知相比于鋼材，鈦合金材料使用性能優(yōu)良，但切削加工性能較差，是一種典型的難加工材料。深孔加工過程中，切削熱不易擴散，排屑困難，加之工藝系統(tǒng)剛性差，且不能直接觀察刀具切削狀況，深孔加工質(zhì)量難于保證。對于兩組深孔長徑比分別達(dá)到23(322/14)和40.8(327/8)的深小孔系，臺階深小孔同軸度要求0.015，表面光潔度1.6，在傳統(tǒng)鋼材加工過程中未見相關(guān)研究，加工難度已經(jīng)很大。常規(guī)方法采用機加深孔與人工配鉸相結(jié)合的方式加工該深孔，加工孔徑精度低、散度大，導(dǎo)致與深孔裝配零件的互換性差，存在需要重復(fù)修配加工的問題，生產(chǎn)效率較低，難以滿足批產(chǎn)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決常規(guī)方法加工鈦合金材料時，加工孔徑精度低、散度大，導(dǎo)致與深孔裝配零件的互換性差，存在需要重復(fù)修配加工的問題，生產(chǎn)效率較低，難以滿足批產(chǎn)需求的問題，提出一種高精度臺階軸鈦合金材料深小孔高效加工方法。

本發(fā)明的一種高精度臺階軸鈦合金材料深小孔高效加工方法，需要加工的工件由鈦合金鑄件和鈦合金板組裝而成，需加工深小孔位于被加工產(chǎn)品上所設(shè)置的已加工件一側(cè)下方，所述需加工深小孔為階梯形沉頭孔，階梯形沉頭孔包括內(nèi)層孔、中間層孔和外層孔，內(nèi)層孔、中間層孔和外層孔的深度依次記為H1、H2、H3，需加工內(nèi)層孔的孔徑為Φd1，需加工中間層的孔徑為Φd2，需要加工外層孔的孔徑為Φd3，需加工深孔的孔中心線與所述已加工件外側(cè)壁之間的間距為H4，其中H1＞300mm，H2＞190mm，H3＞70mm，H4≤40mm，Φd1＜Φd2＜Φd3，d3＜2×H4，具體步驟為：

步驟a、鉆導(dǎo)引孔；

在立臥轉(zhuǎn)換五軸鏜銑加工中心上采用深孔加工鉆頭對需要加工的工件進(jìn)行加工，獲得直徑為Φd11內(nèi)層孔的引導(dǎo)孔；加工時，所述的深孔加工鉆頭的切削深度為H1；其中d11＝d1-Δd1，d1為需加工內(nèi)層孔的孔徑，Δd1＝0.3mm～2mm；

步驟b、采用深孔鉆加工內(nèi)層孔；