薄壁鈦合金法蘭盤插齒技術研究

鐘立堅

（中國航發中傳機械有限公司，湖南 長沙 410200）

某機型鈦合金法蘭盤屬于薄壁易變形零件，內花鍵精度高，給插齒加工帶來了一系列問題：

（1）鈦合金切變系數小于或接近于1，切削時，刀具易磨損；鈦合金切削時溫度高，比45鋼高出一倍，散熱性差，刀具易燒損；單位面積上的切削力大，容易崩刃；切削時，鈦屑及被切表層易與刀具材料咬合，產生嚴重的粘刀現象，引起劇烈的黏結磨損，以上情況嚴重影響插齒加工精度。

（2）內花鍵加工后需對花鍵進行噴丸，進一步影響花鍵跳動。

1 研究內容

（1）解決零件材料切削困難，刀具易磨損以及粘刀問題。

（2）解決零件因壁薄，加工過程中產生變形的問題。

（3）保證插齒工序加工的零件，內花鍵跳動在0.025以內，噴丸后，花鍵跳動在0.03以內。

2 技術方案

（1）選用切削性能及散熱性能良好的合金鋼作為插齒刀具材料，并增加涂層要求保證切削及耐磨性，嚴格要求其齒形、齒向、累積、跳動誤差。

（2）分析零件受力，根據零件受力情況，改善夾具，增加加工剛性。

（3）摸索插齒參數，調整零件進給速度、徑向進給。

3 實施過程

3.1 刀具優化

鈦合金材料韌性大，導致切削時切削力大，且加工時散熱情況不好，大部分熱量留在刀具上，對刀具磨損大。所以，本方案必備條件是一把適合鈦合金零件插齒的刀具，刀具設計為帶涂層的硬質合金刀具，齒形誤差不大于0.004，跳動誤差不大于0.008，周節累積誤差不大于0.015。

3.2 夾具優化

根據技術方案的分析，夾具的設計需存在相反方向的力F1'、F2'來限制零件的加工變形（圖1）。

在A處增加內端面的輔助支撐，在B處增加定位支撐（見圖2），通過夾具間接加厚零件，增大零件剛性，通過施加一個反向的力F2’，減小F2對薄壁零件產生的變形影響，從而達到提高內花鍵精度的目的。通過工藝試驗，發現夾具壓板與零件外圓配合間隙需保持在0.015～0.025較為合適，且夾具材料需采用硬鋁，一方面減輕壓板重量，另一方面可以保護零件外觀，防止壓傷零件表面。

圖1 夾具改進原理分析

圖2 夾具壓板

3.3 切削參數優化

（1）插齒余量分配優化。普通零件加工，切削余量大約在2mm左右，插齒加工分為三個階段，余量分配見表1所示：

該法蘭盤插齒余量為1.4m，由于該零件結構、材料的特殊性，余量分配不能按照普通鋼制件零件進行，第三刀精刀無論余量剩多少，齒圈跳動都難以保證要求。因此，零件加工時需增加第四刀，在第四刀加工時，通過第四刀的切削加工修復齒圈跳動，通過工藝試驗可以確定第4刀余量為0.02mm時，改善效果最明顯。

（2）切削速度優化。常規插齒速度設置是越來越快，切削速度從50m/min增加到110m/min，通過加快切削速度，來改善切削效果，減小刀具與零件的擠壓時間來提升齒圈跳動。但該方法存在缺陷，加快速度導致機床穩定性變差，刀具與零件在精加工時產生的磨削熱增加，零件所受沖力增大，變形情況超出加工控制要求。因此，在各個階段采用勻速加工比較適宜，切削速度通暢可選用70m/min。

（3）圓周進給量優化。粗加工時，為保證切削效率，進給量較大，精加工時為保證齒圈跳動，進給量不宜過快。因此，加工時采用以下兩種方案進行對比試驗，一個為圓周進給量不變，一個為圓周進給量逐漸減小。

表1 普通插齒余量分配

根據對比試驗結果可以看出，方案1加工情況優于方案2，驗證了零件精加工時，進給量不能過大，均勻地降低進給量有助于修復零件的橢圓，保證齒圈跳動的原理。

表2 圓周進給量試驗方案

4 結語

運用前述技術方案和方法，通過連續批次加工，內花鍵尺寸、技術要求都達到了設計要求，達到了預期目的。本文通過探索、研究，確立了薄壁鈦合金內花鍵插齒的工藝方法、控制手段，具有極佳的應用推廣價值。該項研究屬于國內首創，填補了高精度鈦合金內花鍵插齒技術的空白，處于國內領先水平。