张殊
海装沈阳局驻沈阳地区第一军事代表室，沈阳110034
摘要：本文研究的钛合金零件为弱刚性薄壁零件，实际加工过程中产生变形十分严重。同时，该零件还需加工出一排高精度的同轴耳片孔，不仅对变形量控制方面提出了严苛的要求，还需从加工刀具及工装方面入手，解决现场实际问题，保证零件的合格交付。
关键词：钛合金、薄壁、变形、耳片孔
1零件结构简介
该零件为弱刚性薄壁结构，长726mm，宽150mm，腹板厚度4mm，筋高仅为6mm。同时，该零件一侧还需制出一排高精度的同轴耳片孔，孔径φ5.1H9，同轴度要求0.1mm，示意图见图1。由此可见，该零件的加工存在难点有二，一是零件变形量的控制，已满足零件本身平面度的要求以及保证后续制孔工序的顺利进行；二是零件制孔精度及同轴度的保证。
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2 导致零件变形的因素分析
依据HB5800要求，格栅零件的平面度为0.6mm，但由于格栅零件的耳片孔要求精度高、孔边距公差小，所以在进行耳片孔加工前，需严格控制零件的平面度。依据钻制耳片孔的工艺方案（钻φ4.8mm——铰φ4.9mm——铰φ5.0mm——铰φ5.1mm）可知，在进行耳片孔加工前，应控制平面度在0.3mm以内。反观零件的结构，格栅属薄板类零件，零件长726mm，宽120mm，腹板厚度4mm，筋条高度仅为3mm，零件筋条低而少，腹板薄而大，故加工时极易产生应力不均而引起变形。再加上后续的电火花工序，将零件腹板部分37.9%的体积去除，这势必又会造成零件应力的重新分布，对零件平面度造成极大影响。后续的吹砂工序，对零件表面的砂砾冲击，造成零件表层的微量塑性变形，又一次造成平面度的增加。以上综合因素叠加，最终会造成零件的严重翘曲，如不作任何控制措施，平面度将达到2~3mm之大。
3 变形量控制方法
合理设计切削参数及走刀轨迹，从机加工艺方面控制残余应力的产生：
在打平面、粗加工等工序中，对毛料的去除量极大，金属去除率能够达到67.3%，同时打平面、粗加工工序中所用刀具为大直径铣刀，切削量、每齿进给量大，会对被加工后的材料产生较大的残余应力。为解决上述问题，需对打平面粗加工工序的数控编程走刀路径进行优化设计。
1、打平面时，应采用ф63mm的快速进给刀片铣刀，并使用小切深、快进给的加工策略，每层切削量设定为0.8mm，进给速度900mm/min这样的加工策略可有有效降低刀具对被加工材料的应力影响，避免零件的大量的应力残留。同时，在加工效率方面，相比与传统的使用ф30棒铣刀（每层切深3mm，进给速度120mm/min）的切削策略，小切深、快进给的加工策略效率能够提高4.2倍。
2、粗加工时，不可采用常规的分层去除方式，而需在毛料X方向的中心部位先行加工出一个宽槽，如下图所示。这样做得主要目的就是可以先行释放出X方向的应力（应力对零件的主要影响即为X方向上的应力影响），在后续的加工过程中，零件就不会一直带着X向的应力加工，避免了加工结束后松开压紧装置后，零件回弹变形的风险。
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4 工装问题的返修及处理
钻模的制造精度也直接影响耳片孔加工的成败，钻模的主要存在问题及解决方案如下：
1）钻模板同轴度精度问题：在不放入加工零件的情况下，仅仅将钻套放入钻模板中，然后让铰刀自由通过钻模，发现存在铰刀紧涩、抱死现象。后续对钻模的钻模板返厂进行返修，将钻套孔的尺寸进行了改磨，最终满足了加工需求。
2）钻模板引导导向问题：以往的钛合金加工经验，钻模上第一个钻模板要做加宽处理（至少30mm宽），同时钻套也需至少30mm的长度，以保证良好、正确的导向性。但实际钻模板仅有8mm厚，现场试验，将钻头手动放入钻模板的钻套后，出现了比较大的偏摆现象。而且钻模板与加工零件间存在18mm的缝隙，导致钻模已经失去了后引导作用，必然出现钻头偏摆，最终通过特制加长衬套解决了这一问题。
5 刀具参数的详细设计
为了满足耳片孔的加工精度，必须对刀具（钻头、铰刀）的参数进行详细的设计，用以满足加工需求。经过多次试加工及参数修改，最终确定刀具的规程参数及精度如下表所示：
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6 总结：
通过零件变形量因素的分析及进行针对性的控制、零件加工工装的优化改进、加工刀具的优化设计，最终完成了零件的顺利加工。薄壁结构的格栅类零件的平面度达到0.3mm，耳片孔的精度达到φ5.1H9，同轴度达到0.1mm，一次交检合格率达到100%。