主要航空零部件的加工制造質(zhì)量控制研究

章平　李瑩

摘要：我國的航空航天制造業(yè)發(fā)展迅速，數(shù)控加工刀具發(fā)展已經(jīng)成為我國航空航天制造業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動力之一。特別是新型數(shù)控加工刀具對主要航空零部件加工制造產(chǎn)生的影響重大，合理地設(shè)計、改進(jìn)與選用加工刀具進(jìn)行高質(zhì)量的主要航空零部件加工制造成為一個熱門的行業(yè)性話題。文章針對部分主要航空零部件的加工制造質(zhì)量控制問題進(jìn)行了探析。

關(guān)鍵詞：航空零部件；加工制造質(zhì)量；數(shù)控加工刀具；航空航天制造業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG506 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

我國航空航天制造業(yè)發(fā)展迅速，對主要航空零部件加工制造質(zhì)量的要求也越來越高，特別是高溫合金、鈦合金及復(fù)合材料在主要航空零部件生產(chǎn)加工制造中的應(yīng)用，對航空零部件加工制造質(zhì)量控制提出了更新、更高的要求，如發(fā)動機(jī)框架、整體葉盤、風(fēng)扇機(jī)匣、葉輪及起落架等主要航空零部件使用鈦合金較多；軸渦輪盤、盤軸、燃燒套管和ISO S孔等航空零部件使用高溫合金較多；而機(jī)翼、中央翼盒和垂直尾翼等航空零部件，使用復(fù)合材料較多。對這些新型材料零部件的加工制造進(jìn)行必要的質(zhì)量控制必要而重要。

1 主要航空零部件及其加工制造特點(diǎn)

第一，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜主要航空零部件的一個共同特點(diǎn)是內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如：深內(nèi)凹腔加工使用的刀具懸伸較長，在加工過程較容易發(fā)生振動，且伴隨排屑困難問題，加工制造難度大。

第二，薄壁結(jié)構(gòu)影響在進(jìn)行主要航空零部件加工刀具選擇時，需要考慮到切削力對加工件變形程度的影響；切削刀多是薄壁結(jié)構(gòu)，加之使用的新型材料的彈性模量較小，在巨大切削力作用下，加工件很容易發(fā)生

變形。

第三，刀具磨損率大新型材料的化學(xué)活性普遍較大且親和性大，其在高溫狀態(tài)下會形成硬化層，而由于親和性大，加工過程中很容易與刀具表面摩擦粘附現(xiàn)象，加之導(dǎo)熱性差，加速了刀具磨損，刀具使用壽命普遍

較短。

2 主要航空零部件的加工制造質(zhì)量控制

2.1 盤軸的加工制造質(zhì)量控制

盤軸部件的加工難度大、技術(shù)要求高，主要表現(xiàn)為深內(nèi)腔和燕尾槽。在盤軸加工150mm深內(nèi)腔時，都不可避免地需要使用細(xì)長刀具，使用細(xì)長刀具帶來的問題是容易發(fā)生振動，且需要將凹槽中產(chǎn)生的切屑及時去除，因此，為保證加工制造質(zhì)量有必要使用有防振功能的刀板來緩解或者解決該問題。

防振刀板加工盤軸的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）橢圓截面齒紋接口保證了盤軸加工過程中良好的可達(dá)性和穩(wěn)定性。100mm防振刀板就能較好保證切削液供應(yīng)，并且排屑良好；（2）對于4倍寬度的較長刀板，可以加裝專門防振裝置，與加裝防振裝置前相比，其背吃刀量可以提高4倍；（3）防振刀板的使用有效減少走刀次數(shù)；（4）可以實(shí)現(xiàn)可靠的工藝安全性以及大幅提高生產(chǎn)效率。

對盤軸葉根槽的加工，可以采用彎頭刀片進(jìn)行，彎頭刀片更適合航空發(fā)動機(jī)零件的車削，新型彎頭刀片的T形及45°、90°設(shè)計可以保證刀片滿足更多生產(chǎn)需求；另外，較適于精加工刀片還如RCMX車削刀片，RCMX車削刀片能夠裝在陶瓷的刀片凹窩上，從而縮短安裝時間及減少加工刀具使用數(shù)量，另RCMX槽形設(shè)計產(chǎn)生的切削力更小，一定程度上保證了刀具的優(yōu)異斷削性能。

2.2 ISO S孔的加工制造質(zhì)量控制

關(guān)于航空發(fā)動機(jī)主要零部件加工，最重要的莫過于保證加工零部件表面的完整性。其中ISO S孔加工就是最為重要的加工工序之一，其高度影響著加工零部件的可靠性和安全性，是衡量是否是高質(zhì)量零部件的重要標(biāo)準(zhǔn)?？梢詮囊韵氯齻€方面來嘗試保證ISO S孔的加工質(zhì)量。

2.2.1 高質(zhì)量鉸削。鉸削復(fù)雜、精巧的航空零件，零部件的高公差要求、孔直線度和孔質(zhì)量都是不可缺少的控制要素?？梢允褂镁哂袑Ｓ貌坌蔚男滦图庸さ毒?，與傳統(tǒng)刀具不同在于其切削刃和最佳切削液分布設(shè)計，可以確保頂級水準(zhǔn)的孔加工質(zhì)量。

2.2.2 安全攻螺紋。使用新型攻絲刀具平穩(wěn)的切削可以有效降低崩刃發(fā)生風(fēng)險，同時對孔表面加工質(zhì)量改進(jìn)也有重要作用。

2.2.3 高可達(dá)性鏜削。可以嘗試使用大懸伸下鏜削小孔來獲得較小公差，目前新型刀具幾乎可以直接進(jìn)行微米級的直徑調(diào)整，可以有效保證表面粗糙度。

2.3 起落架的加工制造質(zhì)量控制

以飛機(jī)起落架這一重要航空零部件加工制造為例，加工刀具的改進(jìn)可以有效提高加工質(zhì)量和效率及降低加工成本。飛機(jī)起落架零部件使用的材料多為鈦合金材料，該類材料加工起來難度更大，如果使用傳統(tǒng)刀具進(jìn)行加工，加工周期至少需要一個月，并且刀具磨損大，導(dǎo)致該類零部件加工成本居高不下。該情況下，急需一種能大幅度提高加工效率，又能降低加工成本的刀具。

受到現(xiàn)實(shí)需求的影響，著名的切削刀具生產(chǎn)制造商伊斯卡提出了大進(jìn)給銑刀解決方案，其在HTP插齒刀基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種更為新型的刀具，可以同時滿足插銑、大進(jìn)給銑削兩種銑削方式要求，并且具有切削快特點(diǎn)。

大進(jìn)給銑刀的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下兩個方面：第一，刀片經(jīng)濟(jì)性好。相比于傳統(tǒng)兩個切削刃的APKT刀片，大進(jìn)給銑刀片每個刀片帶有四個切削刃，刀片設(shè)計更經(jīng)濟(jì)；刀片及切削刃的槽形設(shè)計，在提高刀片定位精度同時也提高了刀片自身強(qiáng)度，使切削過程中刀片更加平穩(wěn)，能夠降低刀具磨損程度，提高了刀具切削刃使用壽命。第二，定位方式可靠。刀片正反兩面均帶有切削刃，刀片同時進(jìn)行加厚處理，定位面被分成若干個小平面，位于刀片側(cè)面并與前刀面形成的燕尾槽結(jié)構(gòu)能夠?qū)ρb入刀體的刀片起到加固作用，使刀片可以承受更大的切削力，大幅提高定位方式的可靠性。

2.4 垂直尾翼的加工制造質(zhì)量控制

垂直尾翼零部件的加工所面臨的主要挑戰(zhàn)是孔加工、修邊等的處理。

2.4.1 CFRP的孔加工。

工況及應(yīng)用需求：（1）數(shù)控加工；（2）高纖維含量的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；（3）高表面質(zhì)量和尺寸精度的控制；（4）較少的纖維碎裂現(xiàn)象。

加工解決方案：（1）使用6.35mm鉆尖；（2）保證較好的金剛石涂層。

切削參數(shù)：（1）VC=150m/min；（2）FN=0.06mm/r。

可以很好地保證孔的質(zhì)量以及較少的纖維碎裂，且刀具使用壽命較長，能保證800個孔。

2.4.2 碳纖維的修邊加工。

工況及應(yīng)用要求：（1）較高的表面質(zhì)量，Ra=1.25m；（2）碳纖維蒙皮；（3）較少的纖維碎裂現(xiàn)象。

加工解決方案：（1）金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具工具；（2）PCD焊接刀具工具；（3）刀具直徑為10mm，不少于2個切削刃。

切削參數(shù)：（1）轉(zhuǎn)速10000r/min，工作臺進(jìn)給速度為VF=3200mm/min；（2）粗加工，每齒進(jìn)給0.03～0.08mm；（3）精加工，每齒進(jìn)給0.02～0.04mm。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉寶莉，趙曉強(qiáng).高速切削技術(shù)應(yīng)用可提高航空零部件加工質(zhì)量和效率[J].航空制造技術(shù)，2014，（12）.

[2] 宋智勇，祝曉軍.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工機(jī)床發(fā)展方向及國產(chǎn)化[J].航空制造技術(shù)，2013，（17）.

[3] 趙肖東，蔡建剛，陳明，陳兆興.航空零部件X射線數(shù)字成像檢測系統(tǒng)[J].無損檢測，2013，（4）.

[4] 王秀鵬.基于面結(jié)構(gòu)光的航空零部件三維測量和精度檢測[D].華中科技大學(xué)，2012.

[5] 楊金發(fā)，張軍，陳雷.航空發(fā)動機(jī)零部件制造技術(shù)分析[J].金屬加工（冷加工），2014，（24）.

（責(zé)任編輯：周 瓊）