探究薄壁粱類零件加工工藝

劉貽軍

（中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412000）

因?yàn)楸”诹活惲慵攸c(diǎn)顯著，所以進(jìn)行薄壁粱類零件加工時，存在一定復(fù)雜性，其中涉及到了很多加工重點(diǎn)難點(diǎn)，若薄壁粱類零件加工不到位，很容易導(dǎo)致整個零件的性能降低。薄壁粱類零件一般用于飛機(jī)梁體當(dāng)中，該位置在前機(jī)身、中央翼的對接位置，零件外形作為飛機(jī)的理論外緣，結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，并且截面小、壁薄，是典型的薄壁零件。如何把控薄壁粱類零件加工質(zhì)量，成為當(dāng)前航空航天裝配領(lǐng)域的重點(diǎn)，本文將針對薄壁粱類零件加工工藝進(jìn)行詳細(xì)分析。

一、薄壁粱類零件特點(diǎn)

薄壁粱類零件相比以往的梁零件的“工”字結(jié)構(gòu)來說，整體呈現(xiàn)“L”形狀。薄壁粱類零件的特點(diǎn)顯著，其外廓尺寸一般為8mm×100mm×1200mm[1]。薄壁粱類零件的腹板、緣條很薄，厚度僅僅2.5mm——4.5mm。在進(jìn)行薄壁粱類零件加工時，對零件加工的精準(zhǔn)度要求非常高，厚度尺寸的偏差極限不能超過±0.2mm。薄壁粱類零件的變化幅度相對較大，常規(guī)的薄壁粱類零件最低處為36mm，最高處為72mm。此類零件的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，所有的面都呈現(xiàn)出曲面，甚至一些面呈現(xiàn)出雙曲面。此外，薄壁粱類零件的閉角角度較大，緣條與腹板之間呈現(xiàn)出68°，縱深為36mm，其高度從11mm——26mm區(qū)間過渡。此類零件當(dāng)中，整體結(jié)構(gòu)當(dāng)中沒有明顯的支撐筋條，并且端頭是開敞結(jié)構(gòu)，零件的毛料重量大約在74.42kg左右，整體毛料為鋁合金板材。毛料加工之后，零件重量僅僅有1.37kg，金屬祛除率大約為98%左右，所以加工難度與技術(shù)要求都非常高。

二、薄壁粱類零件加工難點(diǎn)

薄壁粱類零件在加工的過程中具備一定難度，在實(shí)際進(jìn)行加工的過程中，零件很容易因?yàn)榧庸こ霈F(xiàn)顫抖現(xiàn)象，在此種加工環(huán)境之下，零件的尺寸、精準(zhǔn)度很難把控，并且零件的厚度與尺寸也不容易把控。此外，該類零件的閉角區(qū)域相對較大，高度較低，這樣便導(dǎo)致整個工件的加工空間狹小，對刀具的直徑、刀具下刀的深度提出了嚴(yán)格的考驗(yàn)[2]。此外，該零件閉角處呈現(xiàn)錐形，立銑刀粗加工之后，剩余量較大，并且呈現(xiàn)出分布不均勻等特點(diǎn)。在此種情況下進(jìn)行精銑內(nèi)形時，很容易因?yàn)榈断髁枯^大造成刀具折斷等問題，直接破壞了零件已經(jīng)加工的表面，直接影響了整個薄壁粱類零件使用質(zhì)量。在薄壁粱類零件第二面加工時，因?yàn)榱慵拈]角處具備特殊的結(jié)構(gòu)，所以在進(jìn)行加工處理時，往往會導(dǎo)致一定程度的質(zhì)量問題。機(jī)床在進(jìn)行擺角加工的過程中，會因?yàn)闄C(jī)床主軸與機(jī)身作用等因素，直接干涉了真空平臺，所以必須要借助科學(xué)施工技術(shù)手段來進(jìn)行方箱加工，高質(zhì)量開展放棄真空吸附，確保薄壁粱類零件加工的精準(zhǔn)性。在進(jìn)行薄壁粱類零件加工時，毛料的95%以上的毛料需求剔除，若在加工的過程中出現(xiàn)了毛料處理技術(shù)不當(dāng)，那么很容易導(dǎo)致薄壁粱類零件形變，直接影響了整個薄壁粱類零件的質(zhì)量。

三、薄壁粱類零件加工工藝要點(diǎn)

（一）選擇機(jī)床

在我國信息化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)不斷發(fā)展的當(dāng)下，促使零件加工領(lǐng)域呈現(xiàn)出積極性發(fā)展態(tài)勢，載薄壁粱類零件加工工藝時，最為基礎(chǔ)的設(shè)備便是數(shù)控機(jī)床[3]。因?yàn)楸”诹活惲慵膭傂韵鄬^差，那么必須要借助快速切削的方式進(jìn)行加工，選擇高速銑機(jī)床，切削時90%以上的細(xì)小碎末，都會被帶走，并且可以保障加工面的熱度降低，非常適用于薄壁粱類零件加工當(dāng)中。針對零件的大閉角區(qū)域來說，便可以選擇坐標(biāo)機(jī)床C角角度大于零件閉角角度設(shè)備，滿足薄壁粱類零件加工需求。在進(jìn)行機(jī)床設(shè)備類型選擇時，必須要結(jié)合數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)與薄壁粱類零件加工工藝需求合理選擇技機(jī)床設(shè)備。

（二）選擇刀具切削參數(shù)

在進(jìn)行切削的過程中，刀具的工作面會與被加工的材料進(jìn)行積壓、摩擦。切削加工時若走刀量過大時，在機(jī)械能與熱能轉(zhuǎn)化的過程中，對刀具帶來更大的磨損[4]。刀具與零件并未冷卻便開展切削工作，那么很容易導(dǎo)致切削刀具的磨損程度提升，導(dǎo)致刀具的使用壽命變短。在薄壁粱類零件加工時，所選擇的刀具可以參考表1所實(shí)際，按照VC=πDn/1000計算后，針對不同刀具、不同部位加工，選擇合理的切削參數(shù)。

表1（薄壁粱類零件刀具切削參數(shù)）

（三）數(shù)控工藝流程安排

因?yàn)樵陂_展薄壁粱類零件加工時，需要分兩面進(jìn)行加工，兩面加工的余量相差懸殊，所以在進(jìn)行加工的過程中，必須要把控兩面不同變量。加工時，腹板基本可以與底面貼平，在進(jìn)行第二面加工時，需要嚴(yán)格把控零件剛性，確保腹板厚度[5]。將第一面定位之后，裝夾方式采用真空吸附，加工零件下陷及局部。第二面進(jìn)行加工時，需要通過均勻布板的方式，對零件進(jìn)行壓緊加工，加工流程為“粗銑外形——精銑內(nèi)形——精銑腹板——粗銑側(cè)面凹形槽口——行切槽口區(qū)域內(nèi)形和底R——切斷”。

（四）粗加工余量控制

在進(jìn)行零件加工時，會隨著零件壁厚的降低而促使零件剛性降低，并且零件的形變也會隨之增大。薄壁粱類零件加工時，很容易導(dǎo)致銑刀出現(xiàn)顫抖的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致加工表面質(zhì)量降低，甚至容易出現(xiàn)波紋狀態(tài)[6]。薄壁粱類零件加工與傳統(tǒng)僅留1mm余量的方式存在差異，對粗加工時余量進(jìn)行調(diào)整，零件徑向留2mm余量，軸向預(yù)留3mm余量。在改進(jìn)之后，精銑零件內(nèi)形，剛性較為良好，加工表面具備一定光滑性，可以滿足薄壁粱類零件加工需求。

（五）閉角區(qū)毛料高度預(yù)處理

在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床編程時，需要結(jié)合薄壁粱類零件加工實(shí)際情況對閉角區(qū)域進(jìn)行分析，刀具大擺角進(jìn)行閉角加工時，刀具與零件的地面需要保持20mm以上的高度，以便于確保閉角加工有足夠的空間。但是一般情況下，毛料的厚度一般在80mm，若不對毛料進(jìn)行預(yù)處理，那么刀具加工此時，刀具與毛料會出現(xiàn)嚴(yán)重觸碰，或?qū)е碌毒哒蹟唷榱舜_保零件質(zhì)量，粗銑的過程中，必須要結(jié)合實(shí)際情況來除去多余的毛料，考慮到剛性需求，將剩余高度保持在20mm。

結(jié)束語

總而言之，薄壁粱類零件具備質(zhì)量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛運(yùn)用到航空航天工業(yè)當(dāng)中。但是薄壁粱類零件的剛度較低，很容易變形，并且加工精度難以保障，直接影響了薄壁粱類零件加工質(zhì)量。在進(jìn)行薄壁粱類零件加工的過程中，必須要結(jié)合航空航天裝配要求，對薄壁粱類零件進(jìn)行合理設(shè)計，嚴(yán)格把控各項(xiàng)加工技術(shù)要點(diǎn)，切實(shí)增強(qiáng)薄壁粱類零件質(zhì)量，為我國航空航天裝配領(lǐng)域發(fā)展做出貢獻(xiàn)。