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）

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 薄壁零件的特性

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。

2 薄壁件加工變形因素分析

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 薄壁件加工工藝方案

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)。