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航空难加工材料的数字化应用
作者:尊龙用现金旧版    发布日期:2019-12-22 04:22


  本文着重介绍了航空难加工材料数字化加工的发展方向、加工特点及内涵,提出了不同难加工材料产品实现以满足未来航空工业高效、高性能和柔性化制造单元需求。

  某型飞机铝合金支架(见图1),材料为7075,对其进行合理的加工方法及参数选择分析。

  (1)结构分析:该支架最大直径906mm,内径856mm,16爪处底径886mm,筋部最小壁厚3mm,零件结构属于典型的薄壁复杂型面结构,毛坯采用自由锻件,加工余量比较大,考虑粗、半精及精加工分开,合理安排加工余量;根据其结构,使用CATIA测量功能,各侧壁为曲面,因此编程时不能按直线轮廓编程,选择合理的加工方法与编程技巧就显得尤为重要。

  (2)毛坯加工:零件为薄壁铝合金,因此加工过程中不能压紧零件,只能压紧毛坯,而在加工中靠6个改制的压紧螺钉将简易工装与毛坯体联接,零件最终加工完成后,钳工把工艺基准去掉(见图2)。

  对零件进行粗车加工,分两次装夹进行,分别对零件的内腔和外形进行粗加工,两方向留量各约0.5mm。通过CAXA二维软件作图画出加工时刀具切削路线图,并提取加工路线点位,在端面数控车床上运用中心编程方法对零件先进行去量加工,然后分别对内腔和外形圆弧面进行仿形粗车加工(见图3)。车削加工完成后零件如图4所示。

  (3)半精加工:由于加工到最后需要将图2线外的部分去除,为使精加工前零件残余应力释放到最大,防止精车后零件变形严重,采用铣削加工,先将零件铣成镂空形,由16根筋连接,方便精车加工。同时为减小铣槽时切削受力,选用直径φ 6mm键槽铣刀,并事先在落刀处钻好32个落刀孔,以防扎刀、断刀(见图5)。

  (4)精加工:为消除铣削应力,精加工前进行人工时效处理,时效处理后需要对零件进行基准面的修复。

  选用五轴加工中心对零件进行最后的精铣加工,螺纹底孔加工时,将机床C轴摆角完成加工。

  选择合适的加工策略,定义加工几何参数、选择合适的走刀路径、进退刀方式、刀具参数和进给速度等,生成加工路径(见图7)。

  某型飞机不锈钢板筋件(见图8),材料为1Cr17Ni9Ti,具体分析如下。

  (1)结构分析:该零件属于难加工不锈钢材料,最小壁厚1.2mm。毛坯采用锻件,中间腹板厚度为1.2mm,侧壁为2mm,零件结构属于典型的壁角结构,使用CATIA测量功能,各侧壁为曲面,因此编程时不能按直线)零件毛坯:

  零件为薄壁不锈钢,因此加工过程中不能压紧零件,只能压紧毛坯,而在加工中零件与毛坯靠检查体联接,零件最终完成后,去掉工艺基准(见图10)。

  先用φ20R3mm刀去除大部分加工余量,定义加工的几何参数( 特征轮廓、加工余量等)、刀具参数(刀具类型、公称直径、圆角半径和长度等) 和进给率( 进给速度、切削速度、退刀速度和主轴转速等),对该加工操作进行刀具路径参数(切削类型、方向和刀具补偿等)定义和进刀、退刀路径定义, 生成粗加工路径( 见图12)。

  为此,在刀具轴选项里设置Combin Tanto向导,选用五轴加工中心高速切削,在进、退刀宏程序的设置采用圆弧进退刀,这样可以在进、退刀处避免出现一条接刀痕迹。另外为了满足侧壁表面粗糙度要求,外侧壁分半精加工与精加工两刀,即形成的刀具路径为双层(见图13)。

  零件型腔外侧壁也属于壁角结构且外侧壁也属于曲面,形成的精加工刀具路径为双层(见图14)。

  在精加工中,由于运用了高速切削,注意转角处需降速,并设置合理工艺参数,以避免过切或出现振颤(见图15)。

  工某型飞机钛合金壳体(见图16),材料为TA15,对其进行合理的加工方法及参数选择分析。

  刀具选用硬质合金刀具,大走刀量、慢速,充分冷却。该零件粗加工、半精加工采用固定轴等高线铣削技术,精加工及光整加工采用可变轴轮廓铣削技术。(2)分区及刀轨的生成。

  壳体表面为不规则曲面,多个连接曲面的曲率不同,分区间设置过渡加工区域进行接刀( 见图17)。

  航空难加工材料的数字化应用,减少了人工干预、人为出错的概率,生产流程规范化、标准化和自动化,生产效率提高、交付周期缩短且产品质量稳定,势必对未来航空工业的发展起到不可估量的推动作用。

  本文发表于《金属加工(冷加工)》2019年第8期1-3页,作者:惠阳航空螺旋桨有限责任公司 李添宇,原标题:《航空难加工材料的数字化应用》。

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