摘要：考虑到钛合金薄壁型腔盖板零件加工的特殊性，必须要严格控制零件加工精度和变形问题，这就需要结合钛合金薄壁型腔盖板零件加工特点和要求，采用更加科学的数控加工工艺，确保盖板零件质量能够达到标准。基于此，本文首先分析钛合金薄壁型腔盖板零件特点，进而提出相应的数控加工方案。
关键词：钛合金；薄壁；型腔；盖板零件；数控加工
引言
数控加工技术作为一种高精度、高效率的生产形势，在我国电力领域、航空领域、汽车领域等应用十分广泛。而在工业生产中，薄壁零件由于刚性不足、精度要求高，因此提升了数控加工难度。薄壁的零件是指壁厚与内径曲率半径比低于1:20的零部件，这也导致薄壁零件在加工中容易产生变形，增加零件形位公差，如何保证薄壁零件加工质量是需要重点考虑的问题。对于薄壁型腔盖板零件来说，其产品可以在温度变化、一定压力、耐腐蚀、寿命长的环境下使用，而钛合金材料具有不稳定、弹性变形大、弹性模量低、加工硬化严重等问题，提高了切削难度，加工难度也进一步被提升。
1.钛合金薄壁型腔盖板零件案例介绍
1.1产品案例
本文以包络盖板为例，该零件最小矩形轮廓规格为567*426*56.5mm，外观上是一种大圆弧面薄壁型腔结构，型腔壁厚平均在2mm左右，内腔尺寸规格为510*375*R389.5mm，台阶面壁厚度为9mm、连接肩厚度为6mm。为了保证所生产的盖板可以和箱体之间保持密闭性，生产加工标准要求安装平面度为0.1mm、表面粗糙度为R1.6μm，其余加工部位表面质量标准为R3.2μm。如图1所示。
图1 型腔盖板零件框架图
1.2数据加工思路
盖板零件的加工重点部位就是型腔，由于钛合金材料加工难度高，所以应该更加注重刀具类型、切削量的控制。同时，由于薄壁结构的自身特点，需要克服在生产加工中产生颤振问题[1]。作为箱体类零件之一，盖板结构相对简单，但是与箱体安装要有较高的平面度、表面质量相比，其余部位的生产要求相对要低一些，可以在数控加工中心完成。保证数控加工工序的合理性和加工工装的合理性，选择正确的装夹方法，从而提升盖板尺寸精度、保障形位公差、加强表面质量。当然，盖板加工还要考虑经济性因素，尽可能减少生产成本。
2.钛合金薄壁型腔盖板零件数控加工方法
2.1凸型腔
盖板零件加工精度（长、宽）标准在±0.1mm之间，加工表面粗糙度的粗标准为R3.2μm，厚度方面留有0.5mm加工余量，在平面上使用4个螺纹孔作为凸型腔加工工序固定孔，在平面上将4个螺纹孔以中心对称的形式排布，定位尺寸和固定在台上的铝镁合金工装固定孔一一对应，形成“一面两销”定位形式，使用螺钉装夹完成定位和装夹工作。之后对凸型腔、两侧台阶面安装工作，选择含钴量较高的四刃立铣刀。在切削加工中，必须要保证切削液供给充足，避免高度作业中出现精度不足问题，延长刀具的使用寿命。完成之后采用聚晶立方氮化硼球头铣刀进行凸型腔精加工，要求曲线面精加工最大切削参数不超0.1mm，整体误差不超过0.012mm[2]。钛合金材料进行切削当中，会直接受到切削液类型的影响，因此可以通过干切的形式提高切削效果。最后在加工安装面上使用16个安装孔，使用硬质合金钻头钻孔完成加工。
在上述工艺全部完成之后，要将表面毛刺去除、锐边倒钝、凸型腔表面抛光，不得出现刀痕或划痕，这样才不会对后续定位、装夹工序带来负面影响。
2.2凹型腔
将工作台固定的凹曲面和盖板凸型腔配合，工装两侧面、盖板零件两端安装台阶相配合，保证定位精度。对于凹面与平面、平面与平面连接部位需要清根，去除毛刺、锐变，提高定位的精准度。之后用工装两侧10个螺纹孔实现盖板与工装的装夹固定。在粗加工过程中，以挖槽方法为主，刀具选择、切削液使用、切削参数设定与凸型腔大致相同。需要注意的是，4个装夹孔铣削当中可能会产生振动问题，造成刀具损坏。精加工过程中，主要以3D等距曲面加工方案，并且要求3D环绕等距最大切削参数在0.3mm以内，整体误差不超过0.015mm。刀具选择、铣削参数与凸型腔要求相同[3]。
在凹型腔加工中需要注意以下几点：（1）无论是在粗加工中，还是在精加工中，都要安排一次自然失效处理，这样可以有效释放切削产生的内应力，减少加工变形产生率。（2）精加工装夹当中，对盖板零件与工装的配合面进行多次调整，主要是修复配合面中的研磨痕迹，这样定位后盖板与工装配合曲面不会产生明显间隙。（3）将工装清根清角、配合面上的金属屑去除，否则可能受到压力影响损伤盖板零件，以此来提高表面粗糙度。（4）两侧螺钉锁定中，要两侧交替对称紧固，这样可以避免一侧压力过大、另一侧压力过小造成装夹变形问题。
2.3精加工安装面
安装面完成检测加工之后，如果表面粗糙度、平面度无法达到设计标准，主要是因为加工变形、表面刀痕等因素，这就要对安装面重新进行精加工。将盖板零件两侧平行安装台阶面作为定位基准、装夹固定面，先进行精铣加工、再进行精磨加工、最后研磨加工，在整个加工流程中不中断检测。上文提到的在凸型腔加工中预留出0.5mm的厚度余量，可以更好的满足精度标准。在完成加工之后进行精度检验，确保零部件质量达到标准。
结束语
综上所述，钛合金材料的本身加工难度就非常高，这就需要做好刀具类型选择和切削量控制的方法来完成生产加工。由于盖板零件是薄壁、型腔结构形式，为了能够保障产品加工质量，需要严格控制加工方案，根据零件特性和加工标准设定加工参数，确保盖板零件精度和表面质量达到标准。相同的工装会让设计与盖板工艺更加贴合，在技术层面有效解决了装夹定位问题，还可以在很大程度上缓解2mm薄壁加工颤振情况，装夹力度得到了有效控制，变形问题明显减少。总之，不断研究科学的数控加工方法，可以有效降低生产成本、提高操作便捷性，综合效益更高。
参考文献
[1]王同刚, 程磊, 杨嵩. 钛合金薄壁型腔盖板零件的数控加工[J]. 工具技术, 2017(10):119-121.
[2]纪鹏, 徐冰. U型腔薄壁缘条类钛合金零件的高效加工[J]. 军民两用技术与产品, 2018, (022):129-130.
[3]韦应琴. 钛合金薄壁零件的数控车削加工工艺研究[J]. 世界有色金属, 2017, (016):252-254.