屈琨

摘 要：飛機艙門縱梁是飛機艙門上的主承力件，對飛機艙門的結(jié)構(gòu)強度有著巨大影響。該文通過論述高速切削技術(shù)特點、應(yīng)用領(lǐng)域，分析了梁類零件的結(jié)構(gòu)特點和加工難點，介紹一種針對梁類航空薄壁件的加工方法，解決此類零件的加工難點問題。

關(guān)鍵詞：縱梁 高速加工 工藝分析

中圖分類號：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0071-02

由于梁類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料特殊，并且為薄壁結(jié)構(gòu)，在切削加工時受切削區(qū)域溫度過高、切削力大以及刀具磨損迅速等因素影響，造成零件在加工中變形較大，表面完整性難以保證，加工效率低下。在航空制造強國，高速、高精加工技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，尤其是高速切削技術(shù)具有產(chǎn)生熱量少、切削力小、零件變形小等優(yōu)點，為解決梁類零件加工質(zhì)量難以保證的問題提供了新途徑。

1 零件分析

所給飛機縱梁零件如圖1所示，該零件加工材料為7475-T7351牌號鋁合金，為“工”字型結(jié)構(gòu)，主要由上緣條、下緣條、腹板、筋條組成，主要特點如下。

零件的幾何尺寸：1102.94mm×35.56mm×133.46mm。

零件寬度不一，最寬處58.42mm，最窄處35.56mm。

零件高度不等，最高處133.46mm，最低處111.70mm。

零件腹板厚度為2.00mm，緣條厚度為3.50mm。

2 零件加工難點

零件在加工過程中，受切削力等其他因素的影響會有一個輕微的振動，零件加工尺寸精度要求高，縱梁的腹板、緣條厚度比較薄，尺寸很難保證。

零件長度尺寸大，這類薄壁件材料余量去除率特別大，若零件在粗加工過程中應(yīng)力沒有得到均勻、有效的釋放，就極容易造成工件局部應(yīng)力集中。加工中容易在長度方向上產(chǎn)生翹曲變形，從而引起腹板厚度不均勻[1]。

零件外形不規(guī)則，雙面結(jié)構(gòu)，兩面帶槽，中間腹板極薄，裝夾困難，必須需多次翻面加工，而且翻面后又容易使零件產(chǎn)生變形[2]。

3 工藝設(shè)計

3.1 機床的選擇

零件腹板厚度僅為2.0mm，加工時極易變形，應(yīng)盡可能的減小徑向切削力和熱變形。根據(jù)縱梁的技術(shù)難點，結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的加工經(jīng)驗，采用高速切削加工是最合適的加工方法[3]。

考慮到預(yù)拉伸板毛坯的尺寸，機床行程必須大于1102mm，綜合考慮以上因素，意大利FIDIA的加工中心 K211，能夠滿足加工的各項要求，機床的具體特點及參數(shù)如表1所示。

3.2 刀具的選擇

選擇一把合適的刀具，對零件的加工往往能起到事半功倍的作用，也是影響零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。在零件的加工過程中，刀具所處的環(huán)境是極其惡劣的。在切削毛坯時，刀具往往要承受很強切削力和很高的切削熱，同時與工件表面和切屑都產(chǎn)生劇烈的摩擦，對刀具的耐熱性和耐磨性都是一個嚴(yán)峻的考驗。為了充分發(fā)揮機床的切削性能，必須選用適合的刀具。

在航空制造業(yè)，加工鋁合金材料的刀具常有：高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具和涂層刀具。硬質(zhì)合金刀具主要用在高速切削。硬質(zhì)合金是高硬度、難融的金屬化合物（主要是 WC、TiC）為基體，微米級的粉，用鈷或鎳等為粘結(jié)劑用粉末冶金方法制成的一種合金[4]。耐磨、耐熱性好，切削速度可以達(dá)到高速鋼的6倍，切削速度可達(dá)100m∕min。

在粗加工階段，通常選用直徑較大刀具，這樣提高切削的效率。但需要注意，粗加工和精加工選擇的刀具直徑不能相差過大，否將會在零件轉(zhuǎn)角處的腹板上產(chǎn)生三角形殘留。在工件精銑時，選擇刀具時必須要符合精加工刀具的半徑必須小于零件內(nèi)形槽最小轉(zhuǎn)角半徑這一原則，這樣刀具在加工圓角時會在轉(zhuǎn)角處形成圓滑的過渡曲線，以防切削力在轉(zhuǎn)角處驟然增大，使刀具磨損和零件表面精度下降[5]。

3.3 刀具參數(shù)

切削參數(shù)的確定是加工工藝中的重要內(nèi)容 ，在切削過程中，如果刀具參數(shù)設(shè)置不合理，則零件在加工的過程中，會產(chǎn)生大量的切削熱，會加劇刀具的磨損，增大切削力，易造成零件變形。

在傳統(tǒng)的機械加工中，粗銑時，為了提高工作效率常選取一個比較大的背吃刀量，但對飛機艙門縱梁而言，粗加工選用較大的背吃到量并不合適。由于縱梁是薄壁零件，加工時受到的切削力不易過大，而切削力隨著背吃刀量的增大而增大，通過查閱資料，薄壁件粗銑時背吃刀量取3mm為宜。2齒刀的容屑槽比較大，利于切屑的及時排出，由于零件受熱極易變形，故零件的加工選擇2齒刀可減少切削熱對零件的影響。根據(jù)公式VC=πDn/1000及Vf=f×n計算后，得到零件實際加工的刀具參數(shù)如表2所示。

3.4 裝夾

真空夾緊裝置是薄壁類非磁性零件首選的夾具，其工作原理是使夾具的密閉空腔產(chǎn)生真空，依靠大氣壓力將工件夾緊。真空夾具產(chǎn)生的夾緊力并不是特別大，單位壓力僅有一個大氣壓左右，但壓力的分布十分均勻[6]，特別適合飛機艙門縱梁這種剛性差的薄壁件。

3.5 工藝流程

粗銑內(nèi)形、外形→粗銑緣條、筋條→時效→檢測→半精銑內(nèi)形、外形→半精銑緣條、筋條→精銑內(nèi)形、外形→精銑緣條、筋條→鉗工→熒光檢查→電導(dǎo)率檢查→表面處理→標(biāo)識。

4 結(jié)語

飛機艙門縱梁高速切削技術(shù)是一項復(fù)雜的綜合性技術(shù)，涉及刀具參數(shù)設(shè)定、走刀路徑設(shè)計、裝夾方案確定等諸多工藝條件。該文采用高速加工技術(shù)，制定合理可行的工藝方案，最終充分解決了飛機艙門縱梁加工易變形的問題，為梁類航空薄壁件的加工提供了參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳文亮，安魯明.飛行器制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2014：76-77.

[2] 安衛(wèi)星，謝大葉.航空長梁類薄壁零件高效加工應(yīng)用技術(shù)研究[A].中國航空學(xué)會：探索-創(chuàng)新-交流——第五屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C].2012：7.

[3] 徐吉存，陳洪軍，曹文智，等.鈦合金材料高效高速加工機床應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].金屬加工：冷加工，2018（5）：61-63.

[4] 盧秉恒.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010：31-32.

[5] 陸潔，李小游.高速切削技術(shù)及其在飛機結(jié)構(gòu)件加工中的應(yīng)用[J].教練機，2011（2）：25-28.

[6] 佚名.飛機零件的裝夾[J].世界制造技術(shù)與裝備市場，2011（5）：110.