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摘要:航空产品一般都是由复合低硬度金属材料制作制作而成的,比较常见材料有镁合金、铝合金和铜合金等,航空发动机机匣的制作材料也是一样。机匣零件在制作是的过程中对加工技术的精度有着严格要求,通常会选择镗削加工技术对机匣内进行加工,可以提高机匣零件整体的精度。但是机匣内孔的粗糙度达不到机匣零件的加工标准,加工中应用刀具种类对零件加工的精密性有着一定的影响,进而,本文对航空机匣壳体衬套精密镗削加工技术进行了研究。
关键词:航空机匣壳体;镗削加工;精密加工
一、航空机匣壳体衬套加工要求
航空发动机机匣零件在加工的过程中,比较常用的加工方法有车削加工法和镗削加工法。应为磨削在提高零件表面粗糙度方面有着明显的应用优势,效果比较好,但是对于硬度比较低的材料来说,想要应用这项工艺是非常困难的。以往应用的镗削加工技术可以对这类材料的零件进行加工,零件表面的粗糙度一般在(Ra0.9~Ra1.2)这个范围以内,而航空机匣的粗糙度一般需要达到Ra0.25,才能满足机匣的应用需求。各种复合金属材料在加工的过程中,粗糙度在Ra≥0.9属于零件正常的精度加工等级,如果粗糙度Ra≤0.2则属于超精密加工等级,航空机匣零件的精度要求趋向于后者,但是对于这方面的生产加工我国的经验比较少,加工的难度比较大。
本文将实验室中零件的精密加工技术应用到航空产品的制造中,实现航空机匣零件的超精密加工,提高精密加工工艺的效果,让复合金属机匣在制造加工时,可以在粗糙度精度等级控制方面有更多的经验,这样才能提升航空机匣零件的加工水平。
二、精密镗削加工技术的应用研究
1、刀具的准备
对零件进行精密加工的过程中,一般会使用单晶精钢石刀具,应用的加工方法是车削加工。在这种加工条件下,对硬度较低的金属材料进行加工的过程中,零件的粗糙度可以达到纳米等级。而车削加工技术在应用的过程中,加工机床是固定的,零件在加工时高速转动,可以提高零件表面的加工质量,但是这种加工方法也存在一定的弊端,就是加工的零件结构较为固定,一般应用于有固定特征的零件加工。
铝合金、镁合金等材料是航空机匣制造主要应用的材料,通常应用的镗削加工技术进行零件的加工,用这种加工方式代替车削加工,将切削道具作为旋转体,可以满足机匣内孔加工需求。但是刀具在应用的过程中线速度有限,零件表面的加工质量无法得到保证。但是零件的粗糙度等级可以达到机匣零件的应用要求。
2、工藝试验内容
(1)试验件的精密加工
对铜棒外径进行精密车削加工,掌握铜质材料精密加工后表面粗糙度等级情况;使用单晶金刚石镗刀对铜棒内孔进行精密镗削加工,观察试验件内孔表面粗糙程度。
(2)试验件的检测
对加工的铜棒试件进行目视对比检查,已经达到镜面光度,借助光学粗糙度仪检测,检测报告粗糙度数值 Ra0.122。
对试验室镗削加工的试件进行目视对比检查,粗糙度等级已经达到精密级,同时将试件在接触式粗糙度仪上进行表面质量检测,检测报告粗糙度数值为 Ra0.145。
3、试验结果
(1)精密级加工刀具
通过对精密加工技术进行研究发现,加工刀具的选择是非常重要的,要选择精密级加工刀具。刀具在应用的过程中也需要对其进行全方面的考虑,掌握加工刀具的结构特点和在应用时的保护方法。
(2)精密级加工工艺
国内多数航空制造厂对于铝合金、镁合金及铜等软质材料的机加等级还处于一般粗糙度等级(Ra≥0.9),无论是车削加工还是镗削加工,传统的机加方法都无法达到精密级粗糙度等级(Ra≤0.2),按照上文的加工方法进行加工,有效解决了航空机匣进行精密加工时的粗糙度问题。
(3)型号制造难题解决
目前,车间采用传统的镗削加工方法,表面粗糙度只能控制在(Ra0.9~Ra1.2)范围左右,无法满足设计要求。将试验研究结果直接应用于产品的加工,解决了航空产品的制造技术难题。
三、精密镗削加工技术的优化
1、工装夹具的调整
我们对现行的镗孔夹具作了分析,发现本道工序的夹紧限位尺寸与镗轴向孔工序相同,这两道工序可以公用一个夹具,该夹具是具有正式工装号的夹具,这样既保证了夹紧的状态又可以节省科研试制的成本。改进零件的装夹方案,增加工艺系统的刚性,对高效加工至关重要。
2、工艺性分析及加工方法的优化
原精镗工序四坐标加工中心上进行,该设备是90年代引进的。280 个镶叶片的精密径向孔形状有着特定的要求,孔直径公差是:0.018,位置公差是 0.1,孔的内、外两侧均有台阶,非常难加工。原来的加工路线是:打点→钻孔→镗孔→铰孔→反锪内腔台阶孔→正锪外腔台阶孔。特别是机匣的内腔台阶孔按原加工方法采用的是反锪加工。
针对这一薄弱环节,我们进行了大幅度的改革。首先设想可否将外侧反锪孔加工改为在机匣内侧正铣孔加工,但这需要如下几个条件:
(1)机匣内径足够大,使得主轴头可以进入机匣内腔。
(2)加工中心由卧式转为立式,但可通过配备主轴直角转换头完成立卧转换,达到在机匣内腔正向铣孔加工的目地。经过严格筛选,我们最后选定德国五坐标加工中心,作为镗孔加工的主要设备。BOKO 机床属于典型的立式四坐标加工中心,同时具备安装直角转换头的功能,这使得这台设备具备正铣孔的条件。这样每加工一个孔,就省去了装刀头、卸刀头两个不必要的非接触零件的加工环节。使该工序的加工完全实现了名副其实的自动化,而非以前的半手动加工。
3、精密孔内表面粗糙度改善方法
280 个径向孔的粗糙度 Ra 为 0.8,原工艺方法加工后孔内壁经常有划痕,需要增加人工抛修工序,才能达到设计要求。针对这一问题,我们重新收集了各种铰刀生产厂家的资料,从中优选可转位硬质合金机夹铰刀进行尝试。这种铰刀只有单刃,齿数少于标准铰刀。但增大了容屑空间和刀齿强度,使切屑向下排出,不会摩擦、划伤孔壁,因而使加工后的孔粗糙度一次合格,不必抛修就满足了 Ra1.6 的设计需求。
4、孔加工选用刀具及切削参数
钛合金加工时变形系数小,这是它的一个显著特点,切屑在前刀面上滑动摩擦的路程增大,继而加速了刀具磨损。同时,由于钛合金的弹性摩量小,加工时在径向力作用下容易产生变形,引起振动,加大刀具磨损并影响零件的精度。综上所述,钻孔加工应尽量选择硬质合金刀具。
结语:
近 20 年来,为了提高发动机的性能,复合金属用量显著增加,合金材料在飞机和发动机中的使用量也是衡量期限的重要指标之一,因而掌握合金材料的加工性能与加工技术,显得愈来愈重要。我们力争结合公司目前生产线紧急需求和长远发展,开展应用先进技术,优化改进已有工艺,并开展新工艺的研究;进一步加快科技成果工程化这一过程,让我们的科研成果扎扎实实的体现在公司的发动机零件生产中。
参考文献:
[1]向巧,向苏林,崔波,等.衬套薄壁零件加工变形的控制方法:,CN104384825A[P].2015.
[2]李宁宁,林博.某型机匣轴承衬套装配工艺的研究[J].科技创新与应用,2018(3):61-62.
关键词:航空机匣壳体;镗削加工;精密加工
一、航空机匣壳体衬套加工要求
航空发动机机匣零件在加工的过程中,比较常用的加工方法有车削加工法和镗削加工法。应为磨削在提高零件表面粗糙度方面有着明显的应用优势,效果比较好,但是对于硬度比较低的材料来说,想要应用这项工艺是非常困难的。以往应用的镗削加工技术可以对这类材料的零件进行加工,零件表面的粗糙度一般在(Ra0.9~Ra1.2)这个范围以内,而航空机匣的粗糙度一般需要达到Ra0.25,才能满足机匣的应用需求。各种复合金属材料在加工的过程中,粗糙度在Ra≥0.9属于零件正常的精度加工等级,如果粗糙度Ra≤0.2则属于超精密加工等级,航空机匣零件的精度要求趋向于后者,但是对于这方面的生产加工我国的经验比较少,加工的难度比较大。
本文将实验室中零件的精密加工技术应用到航空产品的制造中,实现航空机匣零件的超精密加工,提高精密加工工艺的效果,让复合金属机匣在制造加工时,可以在粗糙度精度等级控制方面有更多的经验,这样才能提升航空机匣零件的加工水平。
二、精密镗削加工技术的应用研究
1、刀具的准备
对零件进行精密加工的过程中,一般会使用单晶精钢石刀具,应用的加工方法是车削加工。在这种加工条件下,对硬度较低的金属材料进行加工的过程中,零件的粗糙度可以达到纳米等级。而车削加工技术在应用的过程中,加工机床是固定的,零件在加工时高速转动,可以提高零件表面的加工质量,但是这种加工方法也存在一定的弊端,就是加工的零件结构较为固定,一般应用于有固定特征的零件加工。
铝合金、镁合金等材料是航空机匣制造主要应用的材料,通常应用的镗削加工技术进行零件的加工,用这种加工方式代替车削加工,将切削道具作为旋转体,可以满足机匣内孔加工需求。但是刀具在应用的过程中线速度有限,零件表面的加工质量无法得到保证。但是零件的粗糙度等级可以达到机匣零件的应用要求。
2、工藝试验内容
(1)试验件的精密加工
对铜棒外径进行精密车削加工,掌握铜质材料精密加工后表面粗糙度等级情况;使用单晶金刚石镗刀对铜棒内孔进行精密镗削加工,观察试验件内孔表面粗糙程度。
(2)试验件的检测
对加工的铜棒试件进行目视对比检查,已经达到镜面光度,借助光学粗糙度仪检测,检测报告粗糙度数值 Ra0.122。
对试验室镗削加工的试件进行目视对比检查,粗糙度等级已经达到精密级,同时将试件在接触式粗糙度仪上进行表面质量检测,检测报告粗糙度数值为 Ra0.145。
3、试验结果
(1)精密级加工刀具
通过对精密加工技术进行研究发现,加工刀具的选择是非常重要的,要选择精密级加工刀具。刀具在应用的过程中也需要对其进行全方面的考虑,掌握加工刀具的结构特点和在应用时的保护方法。
(2)精密级加工工艺
国内多数航空制造厂对于铝合金、镁合金及铜等软质材料的机加等级还处于一般粗糙度等级(Ra≥0.9),无论是车削加工还是镗削加工,传统的机加方法都无法达到精密级粗糙度等级(Ra≤0.2),按照上文的加工方法进行加工,有效解决了航空机匣进行精密加工时的粗糙度问题。
(3)型号制造难题解决
目前,车间采用传统的镗削加工方法,表面粗糙度只能控制在(Ra0.9~Ra1.2)范围左右,无法满足设计要求。将试验研究结果直接应用于产品的加工,解决了航空产品的制造技术难题。
三、精密镗削加工技术的优化
1、工装夹具的调整
我们对现行的镗孔夹具作了分析,发现本道工序的夹紧限位尺寸与镗轴向孔工序相同,这两道工序可以公用一个夹具,该夹具是具有正式工装号的夹具,这样既保证了夹紧的状态又可以节省科研试制的成本。改进零件的装夹方案,增加工艺系统的刚性,对高效加工至关重要。
2、工艺性分析及加工方法的优化
原精镗工序四坐标加工中心上进行,该设备是90年代引进的。280 个镶叶片的精密径向孔形状有着特定的要求,孔直径公差是:0.018,位置公差是 0.1,孔的内、外两侧均有台阶,非常难加工。原来的加工路线是:打点→钻孔→镗孔→铰孔→反锪内腔台阶孔→正锪外腔台阶孔。特别是机匣的内腔台阶孔按原加工方法采用的是反锪加工。
针对这一薄弱环节,我们进行了大幅度的改革。首先设想可否将外侧反锪孔加工改为在机匣内侧正铣孔加工,但这需要如下几个条件:
(1)机匣内径足够大,使得主轴头可以进入机匣内腔。
(2)加工中心由卧式转为立式,但可通过配备主轴直角转换头完成立卧转换,达到在机匣内腔正向铣孔加工的目地。经过严格筛选,我们最后选定德国五坐标加工中心,作为镗孔加工的主要设备。BOKO 机床属于典型的立式四坐标加工中心,同时具备安装直角转换头的功能,这使得这台设备具备正铣孔的条件。这样每加工一个孔,就省去了装刀头、卸刀头两个不必要的非接触零件的加工环节。使该工序的加工完全实现了名副其实的自动化,而非以前的半手动加工。
3、精密孔内表面粗糙度改善方法
280 个径向孔的粗糙度 Ra 为 0.8,原工艺方法加工后孔内壁经常有划痕,需要增加人工抛修工序,才能达到设计要求。针对这一问题,我们重新收集了各种铰刀生产厂家的资料,从中优选可转位硬质合金机夹铰刀进行尝试。这种铰刀只有单刃,齿数少于标准铰刀。但增大了容屑空间和刀齿强度,使切屑向下排出,不会摩擦、划伤孔壁,因而使加工后的孔粗糙度一次合格,不必抛修就满足了 Ra1.6 的设计需求。
4、孔加工选用刀具及切削参数
钛合金加工时变形系数小,这是它的一个显著特点,切屑在前刀面上滑动摩擦的路程增大,继而加速了刀具磨损。同时,由于钛合金的弹性摩量小,加工时在径向力作用下容易产生变形,引起振动,加大刀具磨损并影响零件的精度。综上所述,钻孔加工应尽量选择硬质合金刀具。
结语:
近 20 年来,为了提高发动机的性能,复合金属用量显著增加,合金材料在飞机和发动机中的使用量也是衡量期限的重要指标之一,因而掌握合金材料的加工性能与加工技术,显得愈来愈重要。我们力争结合公司目前生产线紧急需求和长远发展,开展应用先进技术,优化改进已有工艺,并开展新工艺的研究;进一步加快科技成果工程化这一过程,让我们的科研成果扎扎实实的体现在公司的发动机零件生产中。
参考文献:
[1]向巧,向苏林,崔波,等.衬套薄壁零件加工变形的控制方法:,CN104384825A[P].2015.
[2]李宁宁,林博.某型机匣轴承衬套装配工艺的研究[J].科技创新与应用,2018(3):61-62.