航空工業(yè)中壓花孔的加工參數(shù)改進(jìn)

王蘭 徐啟騰

摘 要：該文通過采用不同參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗，提出了通過改進(jìn)航空工業(yè)中壓花孔的加工參數(shù)，使壓花孔刀具的使用壽命增加的指導(dǎo)意見。采用與零件材料硬度相比相對適中硬度的壓花刀、適當(dāng)增加主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度有助于增加壓花刀的使用壽命，切削液對壓花刀的使用壽命無明顯影響。

關(guān)鍵詞：壓花；壓花孔；壓花刀

中圖分類號：TG37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

19世紀(jì)70年代，航空航天領(lǐng)域是各強(qiáng)國的主要發(fā)展方向，是各國彰顯軍事、科技、制造實(shí)力的代表。由于壓花技術(shù)在航空工業(yè)中有廣泛應(yīng)用，針對壓花孔加工參數(shù)進(jìn)行研究和試驗分析，可以給行業(yè)內(nèi)相關(guān)制造商提供理論依據(jù)及數(shù)據(jù)支撐，通過提高刀具壽命節(jié)約時間、降低實(shí)際成本，在現(xiàn)在乃至將來都會產(chǎn)生實(shí)際利益，具有重要意義。

1 研究目的及現(xiàn)狀

該文闡述的“壓花”是航空工業(yè)對定制、輕量、精密、高強(qiáng)度緊固件產(chǎn)品的獨(dú)特要求。該文對應(yīng)的緊固件為與壓花孔配套使用的螺紋絲套。將該類螺紋絲套裝入壓花孔中，使絲套外徑的牙型與壓花孔內(nèi)的壓花牙型配合。該類絲套可以保護(hù)基體螺紋及螺釘螺紋，延長螺紋壽命，并以自身彈性為媒介，使螺紋配合間隙更小，達(dá)到更好的配合效果。根據(jù)航空標(biāo)準(zhǔn)，壓花牙型具有標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格和形狀，由于其良好的使用效果，在航空工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。如圖1所示為壓花孔加工效果。

當(dāng)前，除航空產(chǎn)品指定的刀具制造商及零件制造商外，普通加工制造行業(yè)對壓花了解甚少，因此制造商極少會對壓花加工參數(shù)進(jìn)行研究。僅少數(shù)刀具制造商或零件制造商在研發(fā)產(chǎn)品時會做調(diào)查或研究，但并未發(fā)表在刊物中。

2 加工原理

加工壓花孔采用的通用方法是使用專用壓花刀具沿軸向擠壓需要壓花的孔。根據(jù)需求的不同，可以選擇三軸或五軸加工中心，配合切削液，使用相對較低的主軸轉(zhuǎn)速，使刀具沿壓花孔軸向進(jìn)給，在擠壓力的作用下加工壓花牙型。

根據(jù)加工經(jīng)驗，加工材料硬度值高會增加壓花刀損耗，其中存在因加工螺紋底孔時產(chǎn)生的加工硬化導(dǎo)致材料變硬的情況。過高的材料硬度會降低壓花刀使用壽命，甚至可能經(jīng)常導(dǎo)致壓花刀刃崩碎的情況，如圖2所示。

3 實(shí)驗方案

3.1 實(shí)驗設(shè)計

分析可能對壓花刀使用壽命產(chǎn)生影響的因素，包括材料硬度、壓花刀硬度、加工參數(shù)和冷卻液性質(zhì)等。在實(shí)際的加工制造中，控制材料硬度一般不可行，因此該文將通過改變其他影響因素進(jìn)行實(shí)驗并給出可行性建議。該文選用制造業(yè)較常用的鎳基高溫合金Inconel 718進(jìn)行實(shí)驗。

（1）探究冷卻液對壓花刀壽命的影響

采用相同材料、刀具、加工參數(shù)，僅更換不同性質(zhì)的冷卻液進(jìn)行實(shí)驗。該文使用水基和油基兩種切削液進(jìn)行實(shí)驗。

（2）探究刀具硬度對壓花刀壽命的影響

采用相同切削參數(shù)及同種切削液，使用3種不同硬度的刀具進(jìn)行實(shí)驗。根據(jù)需要，從同一家刀具制造商采購了加工正常高溫合金的刀具、加工較硬高溫合金的刀具以及特制的硬度較低的刀具。在3種壓花刀上分別標(biāo)明硬度“適中、較硬、較軟”。

（3）探究加工參數(shù)對壓花刀壽命的影響

采用相同硬度的刀具和同種切削液，更換表1所示加工參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗。組A～H為傳統(tǒng)通用加工參數(shù)，一般認(rèn)為較低參數(shù)更加安全；組I～J為本實(shí)驗增加的實(shí)驗用參數(shù)。

3.2 實(shí)驗結(jié)論

根據(jù)以上實(shí)驗，得出以下結(jié)論：

結(jié)論一：在更換切削液后，壓花刀的使用壽命并未受到明顯影響。

結(jié)論二：在加工壓花孔的過程中，較硬刀具非常容易出現(xiàn)崩刃的狀況（如圖3所示），刀具壽命較低，嚴(yán)重時可能損毀零件；較軟刀具雖不易崩刃，但在加工過數(shù)個或十?dāng)?shù)個壓花后，刀刃嚴(yán)重扭曲變形（如圖4所示），對產(chǎn)品質(zhì)量有較壞影響，刀具壽命較低；適中硬度的刀具表現(xiàn)良好，壽命優(yōu)于另外2種。

需指出的是，適中的刀具硬度必須是相對材料硬度而言的。

結(jié)論三：在傳統(tǒng)加工參數(shù)即較低主軸轉(zhuǎn)速及較低進(jìn)給（組A～H）時，壓花刀壽命明顯低于稍高主軸轉(zhuǎn)速且較高進(jìn)給（組J）時。因此適當(dāng)提高主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度有助于提高壓花刀使用壽命。

4 結(jié)論

該文介紹了航空工業(yè)中常用的壓花孔的加工技術(shù)，通過實(shí)驗分析給出了加工參數(shù)對壓花刀使用壽命的影響。

不用性質(zhì)的切削液對壓花刀壽命無影響；采用與零件材料硬度相比相對適中硬度的壓花刀更利于增加壓花刀的使用壽命；根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)增加主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度有助于增加壓花刀的使用壽命。

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