淺談薄壁機匣零件的高效加工

應(yīng)曉麗+馬瑛+孫長友+楊海濤+馬亮

摘 要：在我國的航空制造行業(yè)中，有很多的加工需要我們重點關(guān)注和注意，只有不斷的解決和處理航空制造行業(yè)的加工過程中的難題，才能夠不斷的推動我國航空制造技術(shù)的發(fā)展，才能夠促進(jìn)我國航空制造行業(yè)的創(chuàng)新以及持續(xù)發(fā)展。目前在我國的航空制造行業(yè)中，薄壁機匣專用零件的加工制造具有非常大的加工制造難度，給我國的航空制造行業(yè)的發(fā)展帶來了非常大的隱患，嚴(yán)重地威脅著我國航空制造行業(yè)的發(fā)展，同時也對我國的航空事業(yè)起到了一定的安全威脅。文章針對航空制造業(yè)中出現(xiàn)的航空薄壁機匣加工難題，根據(jù)現(xiàn)場實踐，進(jìn)行理論分析和實踐總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)場實踐對于航空薄壁件的加工提出了一些有效的加工方法，在刀具的優(yōu)選，切削參數(shù)的優(yōu)化方面進(jìn)行研究，為解決航空薄壁機匣的加工提供了有益的思路。希望通過文章的闡述以及分析能夠有效的提升我國航空制造加工行業(yè)對于薄壁機匣零件的加工質(zhì)量以及加工效率，同時也為我國的航空制造行業(yè)的進(jìn)一步提升以及發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：航空制造行業(yè)；難加工材料；薄壁機匣；高效加工；切削參數(shù)

中圖分類號：V229 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）34-0071-02

引言

近年來我國的航空制造行業(yè)在航空發(fā)動機的設(shè)計研發(fā)、性能研發(fā)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計上在進(jìn)行不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。因此我國的航空發(fā)動機在加工材料以及加工結(jié)構(gòu)，加工工藝上相較于傳統(tǒng)形式上的加工制造來講都有較大變化以及改進(jìn)，在我國航空制造加工行業(yè)中已經(jīng)在應(yīng)用多種形式和規(guī)格的難以加工和制造的材料進(jìn)行航空發(fā)動機的生產(chǎn)和制造。除少數(shù)零件用鈦合金外，其余零件多采用高溫合金，不僅材料強度高、硬度高，韌性和延伸率大，而且導(dǎo)熱性能極差，這樣的問題就會導(dǎo)致航空制造行業(yè)的航空發(fā)動機的加工難度越來越大，在加工過程中出現(xiàn)的加工變形以及加工低效率問題已經(jīng)嚴(yán)重的制約了我國航空發(fā)動機薄壁機匣的生產(chǎn)制造和加工，因此對航空薄壁機匣的高效加工技術(shù)的研究勢在必行。下面進(jìn)行詳細(xì)的論述以及分析。

1 高效加工工藝分析

對于薄壁機匣零件，加工過程中的主要難點是零件在加工中容易變形，主要包括裝夾變形、切削變形，切削熱變形和殘余應(yīng)力變形。

毛坯中的殘余應(yīng)力：在鍛造、鑄造、熱處理中形成的毛坯中存在復(fù)雜的內(nèi)應(yīng)力；裝夾：夾具結(jié)構(gòu)、裝夾部位、裝夾順序、夾緊力大小、裝夾力釋放導(dǎo)致應(yīng)力重新分布引起的變形；零件自身剛性差；切削加工：切削順序、切削力、刀具磨損、刀具懸長、切削后應(yīng)力重新分布；這些變形的控制必須在數(shù)控加工采取措施，前期的數(shù)控工藝編制與編程是控制數(shù)控加工中變形的關(guān)鍵階段。

在航空發(fā)動機薄壁機匣加工的過程中，使用較為高效的切削加工技術(shù)進(jìn)行加工最主要的在于保障薄壁機匣切削過程的高效率以及高穩(wěn)定性。但是伴隨著我國航空發(fā)動機機匣零件越來越薄的壁厚，以及越來越脆弱的零件加工剛性，這樣就給我國航空發(fā)動機薄壁機匣的加工帶來了非常大的變形風(fēng)險，導(dǎo)致了在加工的過程中切削過程容易出現(xiàn)震顫的狀況，嚴(yán)重的影響了加工零件的加工效率以及加工質(zhì)量。高效切削加工技術(shù)在應(yīng)用的過程中的主要思路就是要有效的利用沒有加工的零件位置進(jìn)行相應(yīng)的固定作用，作為切削加工的支撐，這樣能夠有效的保障切削加工的全過程處在一種剛性較強的情況。針對航空發(fā)動機的薄壁機匣側(cè)壁的加工，我們應(yīng)該將切削加工具體參數(shù)控制在一定的加工參數(shù)范圍之內(nèi)，我們在切削加工的過程中要使用分層切削加工，首先要在進(jìn)行切深加工的過程中使用大徑向，其次要在進(jìn)行切深的過程中使用小軸向。這樣的分層切削加工技術(shù)能夠最大限度的利用被加工零件的剛性和強度。在薄壁機匣型腔較深的切削加工過程中，我們要合理的利用長徑比較大的加工刀具進(jìn)行切削加工，這樣能夠較為有效的處理加工過程中出現(xiàn)的加工難題，能夠最大限度的規(guī)避加工過程中側(cè)壁同刀具的干涉情況。需要注意的是我們在切削加工的過程中還可以針對特殊的加工零件設(shè)計和采用特殊形狀的切削銑刀，這樣能夠最大限度的降低切削加工刀具在加工過程中導(dǎo)致的零件加工變形問題。

2 在航空發(fā)動機薄壁機匣加工過程中的切削加工刀具加工軌跡的優(yōu)化

在薄壁機匣的切削加工過程中，切削刀具的運行軌跡非常的重要，我們要保障在切削加工的過程中有效的規(guī)避切削加工刀具不接觸到切削的變形位置。在切削加工的粗加工過程中要進(jìn)行分層銑削，這樣能夠有效的均勻釋放加工應(yīng)力；在切削加工的過程中應(yīng)用往復(fù)形式的斜下刀能夠有效的降低切削刀具對于加工零件的垂直方向的加工擠壓力；在切削加工的過程中要有效的確保刀具處于良好的切削狀態(tài)，磨損要及時更換。當(dāng)然，刀具軌跡優(yōu)化主要是在切削走刀加工路徑等問題上進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化，同時在優(yōu)化的過程中還要針對加工過程中的實際情況進(jìn)行加工零件的變形有效控制。

2.1 在薄壁機匣加工過程中圓角切削加工過程中的刀具優(yōu)化路線具體方案

在我國航空制造行業(yè)中，航空發(fā)動機的薄壁機匣具有較差的剛性，如果在加工的過程中沒有適當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀方式，將會引起零件的變形。切削速度、加工深度等加工參數(shù)大，將產(chǎn)生較大的切削力，導(dǎo)致零件變形。針對圓角加工來講，等切深銑的時候，切削刀具在經(jīng)過直線向著圓弧進(jìn)行加工過渡的時候，切削加工的刀具會改變刀具的加工角度，通常來講是加工角度變大，這樣就會有效的提升加工刀具同加工零件的有效接觸面積，造成切削加工力出現(xiàn)突變問題，同時，還會伴隨著振動的情況。切削加工的過程中，由于切削力的突然改變會造成加工刀具以及加工零件的變形量提升，會造成加工零件的加工尺寸加大誤差。切削加工的過程中切削振動會造成薄壁機匣的圓角出現(xiàn)加工振紋，嚴(yán)重的影響了零件的加工質(zhì)量以及加工精度。在切削加工的過程中，優(yōu)化圓角的切削刀具走刀路線，我們要有效的保障切削刀具的恒定加工切入角，或者提升刀具的加工路徑，盡量的減少加工零件圓角處的加工徑向切深，這樣能夠最大限度的降低有切削加工力突然變化導(dǎo)致的圓角加工質(zhì)量問題。零件圓角處的刀具優(yōu)化路徑方案，能夠有效的保障切削加工的穩(wěn)定性，最大限度的減少零件的加工變形以及切削加工振動等問題，有效的提升零件的加工表面精度以及質(zhì)量。endprint

2.2 在薄壁機匣加工過程中銑削方法的具體選擇

在銑削加工的逆銑過程中，較為實際的加工方法應(yīng)該是加工由薄向著厚的方向加工，但是由于存在刀刃端部位置的尺寸效應(yīng)，在切削刀具同加工零件進(jìn)行接觸的時候，刀面同加工零件之間的加工摩擦不斷的變大，這樣就會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的加工振動問題，嚴(yán)重的影響零件拐角的加工質(zhì)量，容易出現(xiàn)加工振紋。因此在銑削加工的過程中，應(yīng)該選擇順銑的加工方式進(jìn)行零件的加工銑削。在順銑的加工過程中雖然存在較大的切削力，但是在零件的拐角加工過程中不容易出現(xiàn)加工振紋。需要注意的是順銑的加工方式是由厚向著薄的方向進(jìn)行加工，這樣的加工方式對于加工零件以及加工刀具都具有較大的沖擊力，因此在順銑的加工過程中要將刀具的懸伸長度進(jìn)行降低，同時要將加工零件的加工剛性進(jìn)行相應(yīng)的提升。

2.3 在薄壁機匣加工過程中切削加工詳細(xì)參數(shù)的選擇以及進(jìn)刀方式的選擇

2.3.1 在薄壁機匣加工過程中切削加工參數(shù)的合理科學(xué)選擇

合理的切削參數(shù)對提高刀具壽命和零件表面質(zhì)量都是至關(guān)重要的，因此，在選擇切削參數(shù)時，應(yīng)綜合考慮零件結(jié)構(gòu)、材料、刀具、機床等多因素對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率、刀具壽命的影響。加工高溫合金零件時，應(yīng)嚴(yán)格控制切削熱，因為在相同切削條件下，切削區(qū)溫度升高，會加重刀具磨損，甚至導(dǎo)致刀具喪失加工切削能力。在精加工階段采用高轉(zhuǎn)速、大進(jìn)給、小切深的高速切削方法，提高材料去除率、保證零件質(zhì)量。切削用量固定后，還需要通過現(xiàn)場試驗和使用VERICUT優(yōu)化數(shù)控程序中的加工參數(shù)，每個程序都根據(jù)實際的局部切削量和機床主軸受力來優(yōu)化程序中的加工參數(shù)，尤其是余量不均、轉(zhuǎn)圓角、接刀、刀軸矢量變化等處的加工參數(shù)必須進(jìn)行優(yōu)化。

2.3.2在薄壁機匣加工過程中切削加工刀具的偏擺補償數(shù)控技術(shù)

刀具偏擺數(shù)控補償技術(shù)，就是在數(shù)控編程時按變形情況對原有走刀軌跡附加補償運動量，反向補償因切削力作用而產(chǎn)生的零件變形，達(dá)到控制零件變形量的目的。對薄壁機匣的側(cè)壁加工，可以通過偏擺刀具或調(diào)整刀補進(jìn)行補償；對零件的腹板加工，可以補償軸向切深。通過數(shù)控補償，可以將因變形而產(chǎn)生的殘余材料切除，一次走刀即可保證航空薄壁機匣的精度，從而達(dá)到高效加工薄壁機匣零件的目的。

2.4 在薄壁機匣加工過程中切削液的具體要求以及具體選擇

在加工中為控制零件變形必須合理充分的使用切削液，必須對加工區(qū)域進(jìn)行及時有效的冷卻。因為它不僅能減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度，還能提高刀具的壽命和零件的加工精度和表面質(zhì)量。采用高壓冷卻設(shè)備和內(nèi)冷結(jié)構(gòu)刀具，使加工過程中冷卻液直接作用于切屑，可以使冷卻效果更充分。

參考文獻(xiàn)：

[1]Y.K.Potdar，A.T.Zehnder.Measruements and simulations of temperature and deformation fields in transient metal cutting Trans. ASME J.Manuf. Sci.Eng

[2]艾興，劉戰(zhàn)強，趙軍，等.高速切削刀具材料的進(jìn)展和未來[J].制造技術(shù)，2001（8）：21-25.

[3]沈興東.鈦合金切削性能的研究與應(yīng)用[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2003（5）：65-67.

[4]李如松.用新刀具提高生產(chǎn)率[J].世界制造技術(shù)與裝備市場，2001（4）：52-57.

[5]鄧建新，趙軍.數(shù)控刀具材料選用手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.endprint