1、序言

鈦合金材料強度高、耐蝕性和耐熱性好且硬度較高，被廣泛應用于航空航天領(lǐng)域。其缺點是導熱性差、加工難度大。

鈦合金隔筋零件長度為43mm，寬度為25mm，厚度為3.5mm，厚度及中間兩個內(nèi)腔為數(shù)控銑削成形，外形8個筋由線切割加工，保證筋寬（0.3±0.05）mm，與內(nèi)腔對稱度為0.05mm，屬于細筋類零件。前期按照工藝文件加工了10件零件，經(jīng)檢驗人員檢測發(fā)現(xiàn)，有4件零件筋寬和對稱度存在超差現(xiàn)象，滿足不了設(shè)計需求。

2、原因分析

原工藝文件中零件原材料厚度要求為5mm，由于受單位庫存型號限制，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，操作人員采用真空吸盤裝夾方式（見圖3），先精銑一個面，去除余量3mm，零件翻身吸附后再銑削第二個面至厚度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（見圖4），在每排零件的一端打一個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，對材料的平面度進行檢測，發(fā)現(xiàn)材料存在應力變形（見圖5），變形量最大為3.05mm。使用壓板裝夾進行切割，由于穿絲孔只有一個，每個小零件之間切割后是互通的，材料被割斷開，因此在應力作用下，加工過程中會發(fā)生材料變形（見圖6），導致零件筋寬尺寸超差，從而影響與內(nèi)腔的對稱度。

3、采取有效措施

分析后發(fā)現(xiàn)問題主要在材料的應力變形。鈦合金材料在機械加工過程中產(chǎn)生切削熱，材料散熱慢，去除余量越多，產(chǎn)生的變形越大，只能通過改變切削方法的方式來解決[1]。對原加工方案進行優(yōu)化，采取如下有效措施。

1）低應力代替高應力。在數(shù)控銑削過程中，切削余量越大，產(chǎn)生的應力越大，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，把真空吸盤裝夾方式改為側(cè)頂式裝夾[2]（見圖8），通過反復翻轉(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。通過測算，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)，就能滿足單個小零件的平面度要求。操作人員按照優(yōu)化后的方法進行加工，邊加工邊檢測，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，保證每個隔筋零件都有獨立的穿絲孔，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，通過定位銷把工件定位到工裝板上（見圖9），每個隔筋獨立加工，相互之間不割通，增加材料剛性，減小零件的變形[3]。

4、效果驗證

按照改進后的方案試加工了20件零件，經(jīng)專業(yè)檢測設(shè)備檢測，筋寬尺寸和對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%，說明改進方案有效。

5、結(jié)束語

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力變形，有效保證了零件的筋寬尺寸和對稱度要求，為此類零件的加工積累了經(jīng)驗。

參考文獻：

[1]劉濤.鈦合金零件數(shù)控加工彈性變形預測及補償研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，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，原文標題：鈦合金薄板零件加工變形的控制方法）

相關(guān)鏈接