航空機(jī)匣殼體襯套精密鏜削加工技術(shù)分析

王東晨 吳迪 金駿年 閻東

摘 要：航空產(chǎn)品一般都是由復(fù)合低硬度金屬材料制作而成的，比較常見的材料有鎂合金、鋁合金和銅合金等，航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣的制作材料也是一樣的。機(jī)匣零件在制作過程中對加工技術(shù)的精度有嚴(yán)格的要求，通常會選擇鏜削加工技術(shù)對機(jī)匣進(jìn)行加工，可以提高機(jī)匣零件整體的精度。但是機(jī)匣內(nèi)孔的粗糙度達(dá)不到機(jī)匣零件的加工標(biāo)準(zhǔn)，加工中應(yīng)用刀具種類對零件加工的精密性有著一定的影響，對此，該文對航空機(jī)匣殼體襯套精密鏜削加工技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：航空機(jī)匣殼體;鏜削加工;精密加工

中圖分類號：V23? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 航空機(jī)匣殼體襯套加工要求

航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣零件在加工的過程中，比較常用的加工方法有車削加工法和鏜削加工法。磨削在提高零件表面粗糙度方面有著明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，效果比較好，但是對于硬度比較低的材料來說，想要應(yīng)用這項(xiàng)工藝是非常困難的。以往應(yīng)用的鏜削加工技術(shù)可以對這類材料的零件進(jìn)行加工，零件表面的粗糙度一般在（Ra0.9～Ra1.2）這個范圍以內(nèi)，而航空機(jī)匣的粗糙度一般需要達(dá)到Ra0.25，才能滿足機(jī)匣的應(yīng)用需求。各種復(fù)合金屬材料在加工的過程中，粗糙度在Ra≥0.9屬于零件正常的精度加工等級，如果粗糙度Ra≤0.2則屬于超精密加工等級，航空機(jī)匣零件的精度要求趨向于后者，但是對于這方面的生產(chǎn)加工我國的經(jīng)驗(yàn)比較少，加工的難度比較大。

該文將實(shí)驗(yàn)室中零件的精密加工技術(shù)應(yīng)用到航空產(chǎn)品的制造中，實(shí)現(xiàn)航空機(jī)匣零件的超精密加工，提高精密加工工藝的效果，使復(fù)合金屬機(jī)匣在制造加工時，可以在粗糙度精度等級控制方面獲得更多的經(jīng)驗(yàn)，這樣才能提升航空機(jī)匣零件的加工水平。

2 精密鏜削加工技術(shù)的應(yīng)用研究

2.1 刀具的準(zhǔn)備

在對零件進(jìn)行精密加工的過程中，一般會使用單晶精鋼石刀具，應(yīng)用的加工方法是車削加工。在這種加工條件下，在對硬度較低的金屬材料進(jìn)行加工的過程中，零件的粗糙度可以達(dá)到納米等級。而車削加工技術(shù)在應(yīng)用的過程中，加工機(jī)床是固定的，零件在加工時高速轉(zhuǎn)動，可以提高零件表面的加工質(zhì)量，但是這種加工方法也存在一定的弊端，加工的零件結(jié)構(gòu)較為固定，一般應(yīng)用于有固定特征的零件加工。

鋁合金、鎂合金等材料是航空機(jī)匣制造主要應(yīng)用的材料，通常應(yīng)用鏜削加工技術(shù)來加工零件，用這種加工方式代替車削加工，將切削道具作為旋轉(zhuǎn)體，可以滿足機(jī)匣內(nèi)孔加工需求。但是刀具在應(yīng)用的過程中線速度有限，零件表面的加工質(zhì)量無法得到保證。但是零件的粗糙度等級可以達(dá)到機(jī)匣零件的應(yīng)用要求。

2.2 工藝試驗(yàn)內(nèi)容

2.2.1 試驗(yàn)件的精密加工

對銅棒外徑進(jìn)行精密車削加工，掌握銅質(zhì)材料精密加工后表面粗糙度等級情況;使用單晶金剛石鏜刀對銅棒內(nèi)孔進(jìn)行精密鏜削加工，觀察試驗(yàn)件內(nèi)孔表面粗糙程度。

2.2.2 試驗(yàn)件的檢測

對加工的銅棒試件進(jìn)行目視對比檢查，已經(jīng)達(dá)到鏡面光度，用光學(xué)粗糙度儀進(jìn)行檢測，檢測報(bào)告粗糙度數(shù)值Ra0.122。

對試驗(yàn)室鏜削加工的試件進(jìn)行目視對比檢查，粗糙度等級已經(jīng)達(dá)到精密級，同時將試件在接觸式粗糙度儀上進(jìn)行表面質(zhì)量檢測，檢測報(bào)告粗糙度數(shù)值為Ra0.145。

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 精密級加工刀具

對精密加工技術(shù)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，加工刀具的選擇是非常重要的，要選擇精密級加工刀具。刀具在應(yīng)用的過程中也需要對其進(jìn)行全面考慮，掌握加工刀具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和在應(yīng)用時的保護(hù)方法。

2.3.2 精密級加工工藝

國內(nèi)多數(shù)航空制造廠對于鋁合金、鎂合金及銅等軟質(zhì)材料的機(jī)加等級還處于一般的粗糙度等級（Ra≥0.9），無論是車削加工還是鏜削加工，傳統(tǒng)的機(jī)加方法都無法達(dá)到精密級粗糙度等級（Ra≤0.2），按照上文的加工方法進(jìn)行加工，有效地解決了航空機(jī)匣進(jìn)行精密加工時的粗糙度問題。

2.3.3 型號制造難題解決

目前，車間采用了傳統(tǒng)的鏜削加工方法，表面粗糙度只能控制在Ra0.9～Ra1.2，無法滿足設(shè)計(jì)要求。將試驗(yàn)研究結(jié)果直接應(yīng)用于產(chǎn)品的加工，解決了航空產(chǎn)品的制造技術(shù)難題。

3 精密鏜削加工技術(shù)的優(yōu)化

3.1 工裝夾具的調(diào)整

我們對現(xiàn)行的鏜孔夾具作了分析，發(fā)現(xiàn)本道工序的夾緊限位尺寸與鏜軸向孔工序相同，這兩道工序可以共用一個夾具，該夾具是具有正式工裝號的夾具，這樣既保證了夾緊的狀態(tài)又可以節(jié)省科研試制的成本。改進(jìn)零件的裝夾方案，增加工藝系統(tǒng)的剛性，對高效加工至關(guān)重要。

3.2 工藝性分析及加工方法的優(yōu)化

原精鏜工序四坐標(biāo)加工中心上進(jìn)行，該設(shè)備是90年代引進(jìn)的。280 個鑲?cè)~片的精密徑向孔形狀有著特定的要求，孔直徑公差是：0.018，位置公差是0.1，孔的內(nèi)、外兩側(cè)均有臺階，非常難加工。原來的加工路線是：打點(diǎn)→鉆孔→鏜孔→鉸孔→反锪內(nèi)腔臺階孔→正锪外腔臺階孔。特別是機(jī)匣的內(nèi)腔臺階孔按原加工方法采用的是反锪加工。

針對這一薄弱環(huán)節(jié)，我們進(jìn)行了改進(jìn)。首先設(shè)想能否將外側(cè)反锪孔加工改為在機(jī)匣內(nèi)側(cè)正銑孔加工，但這需要如下幾個條件：

（1）機(jī)匣內(nèi)徑足夠大，使得主軸頭可以進(jìn)入機(jī)匣內(nèi)腔。

（2）加工中心由臥式轉(zhuǎn)為立式，但可以通過配備主軸直角轉(zhuǎn)換頭完成立臥轉(zhuǎn)換，達(dá)到在機(jī)匣內(nèi)腔正向銑孔加工的目的。經(jīng)過嚴(yán)格篩選，我們最后選定德國五坐標(biāo)加工中心作為鏜孔加工的主要設(shè)備。BOKO 機(jī)床屬于典型的立式四坐標(biāo)加工中心，同時具備安裝直角轉(zhuǎn)換頭的功能，這使得這臺設(shè)備具備正銑孔的條件。這樣每加工一個孔，就省去了裝刀頭、卸刀頭2個不必要的非接觸零件的加工環(huán)節(jié)。使該工序的加工完全實(shí)現(xiàn)了名副其實(shí)的自動化，而非以前的半手動加工。

3.3 精密孔內(nèi)表面粗糙度改善方法

280個徑向孔的粗糙度Ra為0.8，原工藝方法加工后孔內(nèi)壁經(jīng)常有劃痕，需要增加人工拋修工序才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。針對這一問題，我們重新收集了各種鉸刀生產(chǎn)廠家的資料，從中優(yōu)選可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金機(jī)夾鉸刀進(jìn)行嘗試。這種鉸刀只有單刃，齒數(shù)少于標(biāo)準(zhǔn)鉸刀，但是增大了容屑空間和刀齒強(qiáng)度，使切屑向下排出，不會摩擦、劃傷孔壁，因而使加工后的孔粗糙度一次合格，不必拋修就滿足了Ra1.6的設(shè)計(jì)需求。

3.4 孔加工選用刀具及切削參數(shù)

鈦合金加工時變形系數(shù)小，這是它的一個顯著特點(diǎn)，切屑在前刀面上滑動摩擦的路程增大，進(jìn)而加速了刀具磨損。同時，由于鈦合金的彈性摩量小，加工時在徑向力作用下容易產(chǎn)生變形，引起振動，加大刀具磨損并影響零件的精度。綜上所述，鉆孔加工應(yīng)該盡量選擇硬質(zhì)合金刀具。

4 結(jié)語

近20年來，為了提高發(fā)動機(jī)的性能，復(fù)合金屬用量顯著增加，合金材料在飛機(jī)和發(fā)動機(jī)中的使用量也是衡量期限的重要指標(biāo)之一，因而掌握合金材料的加工性能與加工技術(shù)顯得愈來愈重要。我們要在滿足公司生產(chǎn)線緊急需求的同時兼顧公司長遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo)，改進(jìn)現(xiàn)有工藝，開展新工藝的研究，使科研成果能夠有效應(yīng)用在公司的發(fā)動機(jī)零件生產(chǎn)中。

參考文獻(xiàn)

[1]張同，孫淑玲，袁方.精密薄壁襯套類零件的工藝改進(jìn)及高效加工[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（18）：100.

[2]李寧寧，林博.某型機(jī)匣軸承襯套裝配工藝的研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（3）：61-62.