郭 萍
(沈陽(yáng)黎明技師學(xué)院,沈陽(yáng) 110043)
航空薄壁件加工技巧
郭 萍
(沈陽(yáng)黎明技師學(xué)院,沈陽(yáng) 110043)
由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件具有輕量化的要求,整體薄壁零件具有相對(duì)剛性好、比強(qiáng)度高、相對(duì)重量較輕等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在航空工業(yè)中。航空薄壁件由于自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),加工中極易發(fā)生形狀變形、尺寸超差和切削振動(dòng)等問(wèn)題,對(duì)于加工精度極不易控制,影響加工效率的提高,使加工難度增大。加工變形已成為制約航空制造業(yè)的瓶頸,解決這個(gè)難題已成為我國(guó)機(jī)械制造尤其是航空制造技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題。
航空;薄壁;變形
機(jī)械加工中,我們通常把壁厚小于2mm的零件稱作薄壁零件。結(jié)構(gòu)類的零件比如殼體、平板件,軸類比如盤(pán)軸、套筒等零件,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是壁厚與內(nèi)徑曲率半徑(或輪廓尺寸)之比小于1∶20。
1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
航空薄壁件一般由側(cè)壁和腹板構(gòu)成,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積較大,相對(duì)剛度較低。
1.2 工藝特點(diǎn)
(1)薄壁件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致在加工中極易產(chǎn)生加工變形,要對(duì)變形進(jìn)行控制及矯正。(2)薄壁件的截面較小,輪廓尺寸較大,零件剛性降低,容易發(fā)生振動(dòng),甚至不能按常規(guī)方法進(jìn)行機(jī)械加工,如真空吸附加工,鏡像加工。(3)薄壁零件的加工尺寸精度要求高,且協(xié)調(diào)精度(切削力及其波動(dòng)、振動(dòng)、切削溫度、裝配方式)也要求非常高。
加工工藝系統(tǒng)的受力、受熱、振動(dòng)等變形,幾何誤差,內(nèi)應(yīng)力和調(diào)整引起的誤差是影響零件加工精度的主要因素。薄壁件因自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),導(dǎo)致剛性不足,裝夾時(shí)要變形,卸載時(shí)要有回彈變形,毛坯內(nèi)應(yīng)力(控制變形的前提條件是有效地消除工件的殘余應(yīng)力)釋放要產(chǎn)生變形,加工過(guò)程中也要產(chǎn)生變形,這每個(gè)變形都要影響加工精度。
3.1 提高薄壁零件的工藝剛度
增大壁厚將有利于提高工件剛度。因此可采用加固的方法,利用填充式加固材料石蠟、膠、低熔點(diǎn)合金、磁流變液等對(duì)工件及夾具進(jìn)行加固裝夾。提高工件的工藝剛度還可以從下面幾個(gè)方面著手,一是提高工件與工裝接觸定位面的加工精度和表面光潔度,二是提高接觸剛度(增強(qiáng)接觸面硬度或采用高彈性模量材料)。
3.2 優(yōu)化裝夾方案
在裝夾力的作用下,工件容易產(chǎn)生變形,造成“過(guò)切”或“欠切”現(xiàn)象。在選擇裝夾方案時(shí),要考慮盡可能提高工件的工藝剛度,所以要使工件所受綜合作用力要小,同時(shí)力矩也盡可能小。制定裝夾方案的注意事項(xiàng):(1)增大定位接觸面,選擇大平面(或曲面)作為定位面,同時(shí)要提高工件定位面的加工精度。(2)剛性較差的薄壁零件常采用過(guò)定位方式,支撐在剛性簿弱處,同時(shí)各定位面之間必須有足夠的精度匹配。(3)夾緊力應(yīng)施加在零件剛性好的方向,夾緊力盡可能小且均布,并作用在剛性好的表面上。作用點(diǎn)要靠近加工表面,同時(shí)要適當(dāng)增加夾緊點(diǎn)的數(shù)目和增大夾緊力的作用面積。(4)對(duì)于形狀規(guī)則的工件,可采用夾具與支撐呈對(duì)稱且均勻分布的裝夾方案。
3.3 制定合理的工藝路線
對(duì)于精度要求高(IT6或以上) 且去除材料量大的零件,我們通常采用的工藝路線是:粗加工一精加工(或粗加工一半精加工一精加工)。粗加工的特點(diǎn)是,采用大的夾緊力和切削用量,同時(shí)要給后續(xù)精加工工序和本工序的變形留出合適的切削余量。在粗精加工之間,根據(jù)材料特點(diǎn)適當(dāng)安排去應(yīng)力工序(如時(shí)效處理或深冷處理等),從而提高薄壁件尺寸的穩(wěn)定性。精加工的特點(diǎn)是,減小切削用量,提高切削速度,同時(shí)要考慮減小裝夾變形和加工變形,在保證加工精度的同時(shí)盡可能提高加工效率;現(xiàn)代切削中,精加工工序還可適當(dāng)應(yīng)用高速切削方式。
3.4 確定合理的加工順序和走刀路線
確定加工順序的基本原則是:在保證工件加工精度的前提下,在去除材料的過(guò)程中,要盡可能地減小工件自身剛度及工藝剛度的降低,使工件相對(duì)剛性在切削過(guò)程始終處在最佳的狀態(tài),從而減小加工變形,保證工藝剛性,提高加工精度。
選擇加工路徑時(shí),應(yīng)盡量對(duì)稱切除工件材料。對(duì)于切除余量較大的薄壁件,可采用中速進(jìn)給、小切削深度、分層切削的切削形式。例如典型的航空腹板類零件的加工,為了使加工應(yīng)力分布均勻,通??刹捎铆h(huán)型走刀路徑 ,當(dāng)切削較大面積的腹板時(shí),可將環(huán)切改為分布環(huán)切法。尤其是銑削路徑以順銑方式為最佳選擇,走刀路徑應(yīng)盡量平滑,避免出現(xiàn)尖點(diǎn),保證無(wú)切削方向突變,加工軌跡尖角處可用圓弧或曲線來(lái)代替,并同時(shí)減小進(jìn)給速度,從而保證切削過(guò)程連續(xù)平穩(wěn)。采用螺旋式或圓弧式進(jìn)刀方式進(jìn)行切入和切出。
3.5 選擇合適的刀具
選擇刀具應(yīng)在滿足加工要求的前提下使切削力減小,以減小變形和讓刀。如加工高溫合金選擇硬度高,耐磨損、強(qiáng)度高、熱硬性好的材料;加工不銹鋼應(yīng)選擇韌性好、耐磨損、不易崩刃的材料。為了減小變形和讓刀,在滿足刀具強(qiáng)度的前提下,切削刀具要盡量鋒利。刀尖圓弧應(yīng)當(dāng)小,以減小切削過(guò)程中的擠壓量;增大刀具前角,使切削力減小,減小熱變形;刀具后角適當(dāng)增大,以減少后刀面與已加工表面的摩擦。
3.6 合理選取切削參數(shù)
切削參數(shù)的合理選擇,應(yīng)在保證工件表面質(zhì)量和加工精度的前提下,綜合考慮工件材料、刀具材料、機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的性能,盡可能提高加工效率,降低加工成本。
刀具切削參數(shù)的選擇順序是,先根據(jù)加工精度、工件和刀具的材質(zhì),通過(guò)查閱手冊(cè)等方法先確定刀具線速度,再根據(jù)刀具直徑計(jì)算出轉(zhuǎn)速,然后再確定每轉(zhuǎn)或每齒進(jìn)給量(銑削中)。
選擇以及計(jì)算的參數(shù)還要進(jìn)行修正,要考慮機(jī)床能承受的最大轉(zhuǎn)速范圍,考慮工件、刀具材料,以及刀具尺寸和結(jié)構(gòu)。參數(shù)修正時(shí)要注意幾點(diǎn)原則:
一是對(duì)刀具耐用度影響最大的是線速度,切削速提高,將導(dǎo)致刀具耐用度急劇下降。二是切削中,要保證加工質(zhì)量,有效提高加工效率,減少刀具磨損,每齒或每轉(zhuǎn)進(jìn)給量的調(diào)節(jié)尤為重要,可以通過(guò)調(diào)整該參數(shù)來(lái)調(diào)整切削力大小。三是在粗加工時(shí),通常采用低轉(zhuǎn)速或中等轉(zhuǎn)速、大切深、大進(jìn)給、大直徑刀具的工藝參數(shù),從而提高加工效率。而在精加工時(shí),可采用相對(duì)較小的每轉(zhuǎn)或每齒進(jìn)給量(經(jīng)驗(yàn)值可取0.1~0.25mm/z),高轉(zhuǎn)速、中速進(jìn)給、小切深、小直徑刀具的工藝參數(shù),以減小切削力、切削熱和切削變形為目的,使切削狀態(tài)保持平穩(wěn)。四是在切削面積相等時(shí),進(jìn)給量的增加比切削深度的增加更有利于切削力的減小。
10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.028
郭萍(1975-),女,遼寧沈陽(yáng)人,研究生,副教授,研究方向:數(shù)控技術(shù)。