1、序言
鈦合金材料強(qiáng)度高、耐蝕性和耐熱性好且硬度較高，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。其缺點(diǎn)是導(dǎo)熱性差、加工難度大。
鈦合金隔筋零件長(zhǎng)度為43mm，寬度為25mm，厚度為3.5mm，厚度及中間兩個(gè)內(nèi)腔為數(shù)控銑削成形，外形8個(gè)筋由線切割加工，保證筋寬（0.3±0.05）mm，與內(nèi)腔對(duì)稱度為0.05mm，屬于細(xì)筋類零件。前期按照工藝文件加工了10件零件，經(jīng)檢驗(yàn)人員檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，有4件零件筋寬和對(duì)稱度存在超差現(xiàn)象，滿足不了設(shè)計(jì)需求。
2、原因分析
原工藝文件中零件原材料厚度要求為5mm，由于受單位庫(kù)存型號(hào)限制，只有厚度為18mm的原材料，所以要求毛坯下料尺寸為250mm×80mm，厚度為18mm，毛坯如圖1所示。在工藝中增加線切割工序把材料厚度一分為二（見(jiàn)圖2），使每塊材料厚度為9mm，再由數(shù)控銑削工序加工至厚度3.5mm。
數(shù)控銑削時(shí)，操作人員采用真空吸盤裝夾方式（見(jiàn)圖3），先精銑一個(gè)面，去除余量3mm，零件翻身吸附后再銑削第二個(gè)面至厚度3.5mm，最后加工零件中間內(nèi)腔。
每塊材料上排版10件小零件（見(jiàn)圖4），在每排零件的一端打一個(gè)φ3mm穿絲孔，然后下轉(zhuǎn)線切割工序加工零件外形。
線切割操作人員在加工前，對(duì)材料的平面度進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)材料存在應(yīng)力變形（見(jiàn)圖5），變形量最大為3.05mm。使用壓板裝夾進(jìn)行切割，由于穿絲孔只有一個(gè)，每個(gè)小零件之間切割后是互通的，材料被割斷開(kāi)，因此在應(yīng)力作用下，加工過(guò)程中會(huì)發(fā)生材料變形（見(jiàn)圖6），導(dǎo)致零件筋寬尺寸超差，從而影響與內(nèi)腔的對(duì)稱度。
3、采取有效措施
分析后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題主要在材料的應(yīng)力變形。鈦合金材料在機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生切削熱，材料散熱慢，去除余量越多，產(chǎn)生的變形越大，只能通過(guò)改變切削方法的方式來(lái)解決[1]。對(duì)原加工方案進(jìn)行優(yōu)化，采取如下有效措施。
1）低應(yīng)力代替高應(yīng)力。在數(shù)控銑削過(guò)程中，切削余量越大，產(chǎn)生的應(yīng)力越大，材料變形也就越大。將原材料線切割工序由一分為二改為一分為三（見(jiàn)圖7），使每塊材料厚度約6mm，大大減少數(shù)控銑削加工余量，從而減小材料變形。
2）改變數(shù)控銑削裝夾方式。在數(shù)控銑削加工厚度時(shí)，把真空吸盤裝夾方式改為側(cè)頂式裝夾[2]（見(jiàn)圖8），通過(guò)反復(fù)翻轉(zhuǎn)零件精銑兩面，每次切削量≤0.2mm，保證厚度至圖樣要求，減小材料加工變形。通過(guò)測(cè)算，數(shù)控銑削加工后，只要使整塊材料變形量控制在0.5mm以內(nèi)，就能滿足單個(gè)小零件的平面度要求。操作人員按照優(yōu)化后的方法進(jìn)行加工，邊加工邊檢測(cè)，保證平面度≤0.2mm。
3）制作專用工裝，增加穿絲孔數(shù)量。在線切割工序，為了防止材料加工變形，將穿絲孔數(shù)量增加至10個(gè)，保證每個(gè)隔筋零件都有獨(dú)立的穿絲孔，由數(shù)控銑削一次加工成形，保證一致性。制作線切割加工工裝，通過(guò)定位銷把工件定位到工裝板上（見(jiàn)圖9），每個(gè)隔筋獨(dú)立加工，相互之間不割通，增加材料剛性，減小零件的變形[3]。
4、效果驗(yàn)證
按照改進(jìn)后的方案試加工了20件零件，經(jīng)專業(yè)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)，筋寬尺寸和對(duì)稱度全部符合圖樣要求。最后該批零件共加工120件，全部符合要求，合格率100%，說(shuō)明改進(jìn)方案有效。
5、結(jié)束語(yǔ)
本文介紹了一種鈦合金薄板零件的加工路線和變形控制方法，通過(guò)優(yōu)化加工方案和裝夾方式，改變線切割路徑和數(shù)控銑削策略，采用定位工裝和封閉切割減小切削應(yīng)力變形，有效保證了零件的筋寬尺寸和對(duì)稱度要求，為此類零件的加工積累了經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉濤.鈦合金零件數(shù)控加工彈性變形預(yù)測(cè)及補(bǔ)償研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2016.
[2]張世憑，唐先春，丁義超.特種加工技術(shù)[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2014.
[3]孫倫業(yè)，史德福，張新，等.TC4鈦合金電火花線切割加工工藝參數(shù)的影響研究[J].電加工與模具，2021（S1）：43-46.
（注，原文標(biāo)題：鈦合金薄板零件加工變形的控制方法）
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