鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件的高效加工技術(shù)

馬寧宇

(中航工業(yè)沈飛數(shù)控加工廠，遼寧 沈陽 110850 )

隨著飛機(jī)性能要求的進(jìn)一步提高，現(xiàn)代航空工業(yè)中大量使用整體薄壁結(jié)構(gòu)零件。其主要結(jié)構(gòu)由側(cè)壁和腹板組成，結(jié)構(gòu)簡潔、尺寸較大、加工余量大、相對剛度較低，故加工工藝性差。在切削力、切削熱、切削振顫等因素影響下，易發(fā)生加工變形，不易控制加工精度和提高加工效率。加工變形和加工效率問題成為薄壁結(jié)構(gòu)加工的重要約束。

1 薄壁腹板零件數(shù)控加工工藝

1.1 質(zhì)量制約因素

腹板超薄類零件在我們實(shí)際零件機(jī)加過程中經(jīng)常會(huì)遇到，在切削過程中，由于切削力的作用腹板會(huì)發(fā)生彈性變形，當(dāng)大部分加工余量被去除后，隨著厚度的逐漸變薄，腹板在加工過程中的顫動(dòng)逐漸變得明顯，通常變形量會(huì)成拋物線狀變化，在加工條件一定的情況下，壁厚越薄變形越嚴(yán)重，產(chǎn)生的誤差也越大。

因腹板在切削加工中顫動(dòng)影響會(huì)出現(xiàn)諸多質(zhì)量問題:例如，腹板出現(xiàn)顫紋，表面光度不好;厚度尺寸不符合公差要求，零件報(bào)廢等等，因此對于薄壁腹板結(jié)構(gòu)的加工，關(guān)鍵問題就是要解決在切削力作用下的彈性變形。

1.2 解決措施

通過實(shí)踐驗(yàn)證，我們總結(jié)了以下工藝方法可供參考:利用真空銑夾具吸附;在腹板底部增加輔助支撐;針對底部無支撐的薄壁腹板，粗銑后留有一定余量，可讓銑刀從試件中間位置斜擺進(jìn)刀，在深度方向銑到最終尺寸，然后一次走刀由中間向四周螺旋擴(kuò)展至側(cè)壁;刀具軌跡避免重復(fù)，以免碰傷切削瞬間變形的表面。

1.3 典型零件案例

1.3.1 零件介紹。前緣;毛料為鋁合金板材(7050 T7451 δ60)，屬典型的超薄腹板類零件，腹板厚度僅為1.5mm(公差±0.2)，零件外廓:700 ×600，腹板中間有4 處通槽，降低了腹板的剛性，給機(jī)加增加了難度。

1.3.2 加工控制方案。在此零件的腹板精加工過程中我們采用的是自制專用真空吸夾，結(jié)構(gòu)形式如圖所示。首先將反面加工到位后進(jìn)行真空吸附，再進(jìn)行正面的切削。粗加工完成后，腹板留有1mm 余量，再精加工到位，為保證腹板整體強(qiáng)度，通槽最后銑切，并留有0.2～0.3 余量保證吸附完全。

自制專用真空吸夾示意圖

1.3.3 實(shí)施效果。通過真空夾具吸附，大大提高了腹板剛性，有效的抑制了加工中的彈性變形，最終腹板壁厚尺寸及表面質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2 薄壁緣條零件數(shù)控加工工藝

2.1 質(zhì)量制約因素

在薄壁緣條的數(shù)控切削過程中，隨著零件壁厚的降低，零件的剛性減低，加工變形增大，容易發(fā)生切削震顫，影響零件的加工質(zhì)量和加工效率;

對于較深的型腔和側(cè)壁的數(shù)控加工過程中，切削顫動(dòng)會(huì)顯的特別明顯，隨著切深的增加，顫動(dòng)的加劇，工件與刀具之間會(huì)有明顯異響，切削表面同樣會(huì)有顫紋、表面粗糙等現(xiàn)象，有的甚至導(dǎo)致壁厚超差。

2.2 解決措施

對于側(cè)壁的銑削加工，在切削用量允許的范圍內(nèi)，采用大徑向切深，小軸向切深分層銑削加工，充分利用零件整體剛性，進(jìn)行穩(wěn)定加工。如遇顫動(dòng)或變形極為嚴(yán)重的，為防止刀具對側(cè)壁的干涉，可以選用或設(shè)計(jì)特殊形狀的銑刀，以降低刀具對工件的變形影響。

1)側(cè)壁滿刃一刀切的方法也是對待側(cè)壁切削中取得較好的效果。其思路是粗加工側(cè)壁結(jié)束后留有較小的余量，最后在側(cè)壁兩側(cè)進(jìn)行滿刃一刀切削，較小余量可控制在0.5mm～1mm 之間，根據(jù)實(shí)踐也可更小，目的是為了降低切削力，而滿刃切削目的一方面是增大工件與刀具之間接觸面積，提高剛性，另一方面是避免分層切削而導(dǎo)致多次光刀的影響。該方法針對深腔和較高的側(cè)壁加工效果會(huì)更好，切削表面會(huì)有較高的完整性。

2)側(cè)壁兩側(cè)等高環(huán)切方法，其思想在于在切削過程中，盡可能的應(yīng)用零件的未加工部分作為正在銑削部分的支撐，使切削過程處在剛性較佳的狀態(tài)。

3 薄壁結(jié)構(gòu)件高速切削技術(shù)

3.1 高速切削特點(diǎn)

要想提高生產(chǎn)效率，國際上擁有先進(jìn)制造技術(shù)的國家，普遍采用高速銑加工。高速銑加工是數(shù)控技術(shù)發(fā)展起來的集高效、優(yōu)質(zhì)和低耗為一體的先進(jìn)制造技術(shù)。

和普通銑切削比，高速切削具有下列優(yōu)點(diǎn):加工效率高;切削力降低;工件熱變形減小;加工表面質(zhì)量高;有利于保證零件的尺寸、形位精度;加工成本降低。

薄壁結(jié)構(gòu)件基于高速切削產(chǎn)生的切削力低、熱變形小、表面精度高等特點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)加工的目的。

3.2 高速切削技術(shù)被廣泛應(yīng)用薄壁結(jié)構(gòu)件

中航工業(yè)沈飛數(shù)控加工廠(以下簡稱該廠)在薄壁鋁合金結(jié)構(gòu)件高速切削技術(shù)方面現(xiàn)已達(dá)到成熟階段，不同類型的結(jié)構(gòu)件都已在高速銑機(jī)床上實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效加工。

3.2.1 薄壁鑄件高速銑加工。這是該廠典型的2 項(xiàng)鋁合大型鋁合金鑄件，壁厚2mm～4mm，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高，尺寸公差要求嚴(yán)格。目前采用的是高速切削加工，加工后的產(chǎn)品質(zhì)量完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其技術(shù)含量已達(dá)到同行業(yè)內(nèi)頂尖水平。

3.2.2 薄壁長桁類零件高速加工。長桁類零件在該廠有上百余項(xiàng)，零件的外形公差要求嚴(yán)格，零件的表面光度要求較高，同時(shí)，零件的表面光潔度形成的方式受限(表面不允許使用拋光的加工方式，需要保留銑刀加工的痕跡)，所以，對數(shù)控機(jī)床的精度、程序的準(zhǔn)確性及刀具均要求較高。

4 結(jié)論

鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件高效加工技術(shù)的應(yīng)用，解決了大批量薄壁零件機(jī)加困難的問題，實(shí)現(xiàn)了科研生產(chǎn)任務(wù)保質(zhì)保量的順利交付，同時(shí)對今后類似產(chǎn)品的生產(chǎn)有很好的借鑒作用。