[发明专利]一种高精度台阶轴钛合金材料深小孔高效加工方法

说明书

一种高精度台阶轴钛合金材料深小孔高效加工方法，属于机械加工技术领域。本发明为了解决常规方法加工钛合金材料时，加工孔径精度低、散度大，导致与深孔装配零件的互换性差，存在需要重复修配加工的问题。本发明包括步骤a、钻导引孔；步骤b、采用深孔钻加工内层孔；步骤c、钻中间层孔；步骤d、粗镗外层孔；步骤e、精镗外层孔和镗中间层孔；步骤f、精镗中间层孔和镗内层孔；步骤g、铰内层孔。本发明通过上述深孔加工工艺方法及科学分配加工余量，改善了钛合金高精度阶梯深小孔系在加工过程的冷却状况和排屑状况，实现深孔粗精加工精准定心，保证加工深孔尺寸稳定可靠，提高生产效率，满足批量生产的需求。

技术领域

本发明涉及一种钛合金材料深小孔加工方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

钛合金零件或组件中存在高精度台阶轴深小孔，尤其是航天钛合金产品中所涉及的深孔孔径尺寸、深孔直线度、位置度及表面质量要求极为严格，且产品使用需求大、使用要求高。目前高精度台阶轴钛合金材料深小孔加工质量一般较差，难于满足设计要求，加工效率低，产品供给量不足。

钛合金的密度约4.5g/cm3，仅为钢的60％，纯钛的强度已接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于钢等其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件，在航空航天领域有着广泛应用。

钛的导热系数λ＝15.24w/(m.k)约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约为钢的1/2，故其刚性差、易变形，切削时加工表面的回弹量很大，约为不锈钢的2～3倍，造成刀具后刀面的剧烈摩擦、粘附、粘结磨损。在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1～0.15mm，硬化程度为20％～30％。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。

综上可知相比于钢材，钛合金材料使用性能优良，但切削加工性能较差，是一种典型的难加工材料。深孔加工过程中，切削热不易扩散，排屑困难，加之工艺系统刚性差，且不能直接观察刀具切削状况，深孔加工质量难于保证。对于两组深孔长径比分别达到23(322/14)和40.8(327/8)的深小孔系，台阶深小孔同轴度要求0.015，表面光洁度1.6，在传统钢材加工过程中未见相关研究，加工难度已经很大。常规方法采用机加深孔与人工配铰相结合的方式加工该深孔，加工孔径精度低、散度大，导致与深孔装配零件的互换性差，存在需要重复修配加工的问题，生产效率较低，难以满足批产需求。

发明内容

本发明的目的是解决常规方法加工钛合金材料时，加工孔径精度低、散度大，导致与深孔装配零件的互换性差，存在需要重复修配加工的问题，生产效率较低，难以满足批产需求的问题，提出一种高精度台阶轴钛合金材料深小孔高效加工方法。

本发明的一种高精度台阶轴钛合金材料深小孔高效加工方法，需要加工的工件由钛合金铸件和钛合金板组装而成，需加工深小孔位于被加工产品上所设置的已加工件一侧下方，所述需加工深小孔为阶梯形沉头孔，阶梯形沉头孔包括内层孔、中间层孔和外层孔，内层孔、中间层孔和外层孔的深度依次记为H1、H2、H3，需加工内层孔的孔径为Φd1，需加工中间层的孔径为Φd2，需要加工外层孔的孔径为Φd3，需加工深孔的孔中心线与所述已加工件外侧壁之间的间距为H4，其中H1＞300mm，H2＞190mm，H3＞70mm，H4≤40mm，Φd1＜Φd2＜Φd3，d3＜2×H4，具体步骤为：

步骤a、钻导引孔；

在立卧转换五轴镗铣加工中心上采用深孔加工钻头对需要加工的工件进行加工，获得直径为Φd11内层孔的引导孔；加工时，所述的深孔加工钻头的切削深度为H1；其中d11＝d1-Δd1，d1为需加工内层孔的孔径，Δd1＝0.3mm～2mm；

步骤b、采用深孔钻加工内层孔；