超高速加工在航空制造中的應(yīng)用研究

馮揚(yáng)

摘 要 文章主要針對(duì)超高速加工在航空制造中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究，首先簡(jiǎn)單介紹超高速加工技術(shù)，其次闡述超高速加工在航空制造中的應(yīng)用要求，并以此為依據(jù)，分析超高速加工在航空制造中的應(yīng)用，其目的在于有效提高航空制造的加工效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 超高速加工;航空;制造;應(yīng)用

新時(shí)代發(fā)展背景下，機(jī)械制造業(yè)為能提高生產(chǎn)率和獲取較多利潤(rùn)，先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越大，而超高速加工技術(shù)作為先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，主要運(yùn)用超硬材料的刃具，通過(guò)提高切削速度和進(jìn)給速度，來(lái)提高材料的切除率和加工精度，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。常見(jiàn)的超高速切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過(guò)1600m/min、鑄鐵為1500m/min、超耐熱鎳合金達(dá)300m/min、磨削250m/s以上等等?；诖?，將以超高速加工技術(shù)為依據(jù)，對(duì)超高速加工在航空制造中的應(yīng)用，展開(kāi)以下分析。

1 背景介紹

超高速加工理論最初由德國(guó)提出，然后在20世紀(jì)60年代后，由美國(guó)科技界與工業(yè)界，對(duì)其機(jī)理和應(yīng)用展開(kāi)了深入分析工作。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，因高強(qiáng)度與高熔點(diǎn)刀具材料與超高速電主軸的成功應(yīng)用，用于高速進(jìn)給的直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用和相關(guān)配套技術(shù)也日益完善，而后在德國(guó)、日本、美國(guó)、意大利等國(guó)家中應(yīng)用，并且在此背景下迅速開(kāi)創(chuàng)了高速加工時(shí)代，使得越來(lái)越多的高速機(jī)床和高速加工技術(shù)，被運(yùn)用在制造部門(mén)中[1]。而且相比較一般磨削而言，超高速加工技術(shù)的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，在航空制造中運(yùn)用超高速加工技術(shù)，能把硬脆的材料實(shí)現(xiàn)延性域磨削，而對(duì)高塑性和難磨材料而言，則是能獲取到較好的磨削效果，主要適用于易熱變形的工件中;其次，能夠有效提高生產(chǎn)效率，但是高速切削主要運(yùn)用高壓大流量冷卻的方式，該方式會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)，還存有提高生產(chǎn)成本和減少刀具耐用度等問(wèn)題;最后，超高速加工技術(shù)具備的特點(diǎn)，還體現(xiàn)在砂輪耐用度高，延長(zhǎng)使用壽命等多個(gè)方面。

此外，高速加工屬于制造業(yè)發(fā)展中的新技術(shù)，特別是在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，高速切削屬于全新的切削加工理念，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：加工時(shí)間能縮短約70%，進(jìn)給速度會(huì)提升約7倍，材料去除率約提升4倍，且刀具耐用度也會(huì)提升約70%，切削力度減少約30%等多個(gè)方面。

2 超高速加工在航空制造中的應(yīng)用要求

在航空制造中應(yīng)用超高速加工技術(shù)，提出的要求主要體現(xiàn)在機(jī)床、主軸、刀具三個(gè)方面。

首先，針對(duì)機(jī)床提出的要求分析。高速加工的機(jī)床需要滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：第一，機(jī)床應(yīng)當(dāng)具有較大的功率要求，并且機(jī)床主軸加速度大;第二，應(yīng)在航空制造中，為機(jī)床配備高速主軸、高速進(jìn)給滾珠絲杠及快速響應(yīng)數(shù)控等系統(tǒng);第三，所選擇的材料需要以聚合混凝土為主，從而運(yùn)用在航空制造中。在航空制造中需要滿(mǎn)足超高速加工，并且該結(jié)構(gòu)針對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)振動(dòng)衰減作用，是鑄鐵或純焊接鋼結(jié)構(gòu)的八倍，因振動(dòng)的減少，促使馬達(dá)的熱穩(wěn)定性逐漸提升[2]。但是，在高速加工的過(guò)程中運(yùn)用線(xiàn)性馬達(dá)，會(huì)有效推動(dòng)高速加工技術(shù)的發(fā)展，而且若是直接驅(qū)動(dòng)線(xiàn)性馬達(dá)的話(huà)，還能在提高加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到較高的加工速度，使其變化不會(huì)超出0.01%。

其次，針對(duì)主軸提出的要求分析。常見(jiàn)的主軸轉(zhuǎn)速約為40000～50000r/min，整體制造法能夠有效減少軸向推力約50%，同時(shí)還能有效減小工件變形等問(wèn)題，但是主軸的速度是否能提高，主要受軸承零件的限制。

最后，針對(duì)刀具提出的要求分析。刀具應(yīng)具有一定的平衡穩(wěn)定性能，所以，需要使用對(duì)稱(chēng)夾鉗、熱夾鉗與收縮夾鉗固定刀片，同時(shí)，刀具還要具有一定的直徑，只有通過(guò)試驗(yàn)且確定的經(jīng)驗(yàn)，才能設(shè)置最大切削速度，進(jìn)而確保生產(chǎn)過(guò)程中的安全性。

3 超高速加工在航空制造中的有效應(yīng)用

據(jù)目前發(fā)展現(xiàn)狀可看出，飛機(jī)內(nèi)使用的零件都是以“整體制造法”為主，所謂“整體制造法”是指在整體上以“掏空”加工的形式，形成多筋薄壁構(gòu)件，其金屬切除量比較大，因具備這一特點(diǎn)，所以需要運(yùn)用超高速加工技術(shù)。在航空制造中運(yùn)用超高速加工技術(shù)，是近幾年航空制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一，因此，在20世紀(jì)90年代中后期的時(shí)候，很多制造商都在航空加工制造的過(guò)程中，增添了先進(jìn)的多坐標(biāo)高速數(shù)控銑與加工中心使用的鋁、鈦、鋼等材料。

基于新時(shí)期發(fā)展背景下，國(guó)內(nèi)很多航空工業(yè)的幾大主機(jī)廠(chǎng)，都在加工制造的過(guò)程中引入了全新的高速數(shù)控加工設(shè)備，并且還在機(jī)床應(yīng)用、刀具選擇等方面取得了成就與進(jìn)步。基于此，為有效減輕重量和滿(mǎn)足現(xiàn)代化發(fā)展需求，部分航空制造企業(yè)都在飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件中運(yùn)用薄壁細(xì)筋結(jié)構(gòu)。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的解決途徑就是提高切削速度和進(jìn)給速度[3]。基于此，可以在航空制造中運(yùn)用超高速加工，實(shí)現(xiàn)“整體制造法”。此外，為了能有效提高可靠性與降低成本，還可以通過(guò)把原有零件連接而成的組件，整改成為運(yùn)用整體實(shí)心材料高速加工而后才能，從而提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，發(fā)揮出制造成本降低的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，超高速加工給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了全新挑戰(zhàn)，其吸引力就在于實(shí)現(xiàn)高速加工的同時(shí)，把原有普通數(shù)控難以達(dá)到的加工精度和表面質(zhì)量，合理運(yùn)用在航空領(lǐng)域中。在航空制造中應(yīng)用超高速加工，不僅能提高零件加工質(zhì)量、縮短周期，同時(shí)還能縮短新機(jī)種的開(kāi)發(fā)周期，是航空制造業(yè)提高加工效率和質(zhì)量的主要途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭小燕，王程，文瑞虎.應(yīng)用于超高速制導(dǎo)炮彈的介質(zhì)波導(dǎo)天線(xiàn)[J].探測(cè)與控制學(xué)報(bào)，2018，40（3）：40-44.

[2] 徐偉，王永鵬，李昆.航空制造企業(yè)工藝數(shù)據(jù)管理研究[J].新技術(shù)新工藝，2019，（5）：19-25.

[3] 杜江，劉航，白瑀.基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的航空制造業(yè)知識(shí)管理研究[J].知識(shí)管理論壇，2019，（3）：52-53.