主要航空零部件的加工制造質量控制研究

章平　李瑩

摘要：我國的航空航天制造業發展迅速，數控加工刀具發展已經成為我國航空航天制造業發展的重要驅動力之一。特別是新型數控加工刀具對主要航空零部件加工制造產生的影響重大，合理地設計、改進與選用加工刀具進行高質量的主要航空零部件加工制造成為一個熱門的行業性話題。文章針對部分主要航空零部件的加工制造質量控制問題進行了探析。

關鍵詞：航空零部件；加工制造質量；數控加工刀具；航空航天制造業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG506 文章編號：1009-2374（2015）08- DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.

我國航空航天制造業發展迅速，對主要航空零部件加工制造質量的要求也越來越高，特別是高溫合金、鈦合金及復合材料在主要航空零部件生產加工制造中的應用，對航空零部件加工制造質量控制提出了更新、更高的要求，如發動機框架、整體葉盤、風扇機匣、葉輪及起落架等主要航空零部件使用鈦合金較多；軸渦輪盤、盤軸、燃燒套管和ISO S孔等航空零部件使用高溫合金較多；而機翼、中央翼盒和垂直尾翼等航空零部件，使用復合材料較多。對這些新型材料零部件的加工制造進行必要的質量控制必要而重要。

1 主要航空零部件及其加工制造特點

第一，內部結構復雜主要航空零部件的一個共同特點是內部結構復雜，如：深內凹腔加工使用的刀具懸伸較長，在加工過程較容易發生振動，且伴隨排屑困難問題，加工制造難度大。

第二，薄壁結構影響在進行主要航空零部件加工刀具選擇時，需要考慮到切削力對加工件變形程度的影響；切削刀多是薄壁結構，加之使用的新型材料的彈性模量較小，在巨大切削力作用下，加工件很容易發生

變形。

第三，刀具磨損率大新型材料的化學活性普遍較大且親和性大，其在高溫狀態下會形成硬化層，而由于親和性大，加工過程中很容易與刀具表面摩擦粘附現象，加之導熱性差，加速了刀具磨損，刀具使用壽命普遍

較短。

2 主要航空零部件的加工制造質量控制

2.1 盤軸的加工制造質量控制

盤軸部件的加工難度大、技術要求高，主要表現為深內腔和燕尾槽。在盤軸加工150mm深內腔時，都不可避免地需要使用細長刀具，使用細長刀具帶來的問題是容易發生振動，且需要將凹槽中產生的切屑及時去除，因此，為保證加工制造質量有必要使用有防振功能的刀板來緩解或者解決該問題。

防振刀板加工盤軸的優點在于：（1）橢圓截面齒紋接口保證了盤軸加工過程中良好的可達性和穩定性。100mm防振刀板就能較好保證切削液供應，并且排屑良好；（2）對于4倍寬度的較長刀板，可以加裝專門防振裝置，與加裝防振裝置前相比，其背吃刀量可以提高4倍；（3）防振刀板的使用有效減少走刀次數；（4）可以實現可靠的工藝安全性以及大幅提高生產效率。

對盤軸葉根槽的加工，可以采用彎頭刀片進行，彎頭刀片更適合航空發動機零件的車削，新型彎頭刀片的T形及45°、90°設計可以保證刀片滿足更多生產需求；另外，較適于精加工刀片還如RCMX車削刀片，RCMX車削刀片能夠裝在陶瓷的刀片凹窩上，從而縮短安裝時間及減少加工刀具使用數量，另RCMX槽形設計產生的切削力更小，一定程度上保證了刀具的優異斷削性能。

2.2 ISO S孔的加工制造質量控制

關于航空發動機主要零部件加工，最重要的莫過于保證加工零部件表面的完整性。其中ISO S孔加工就是最為重要的加工工序之一，其高度影響著加工零部件的可靠性和安全性，是衡量是否是高質量零部件的重要標準。可以從以下三個方面來嘗試保證ISO S孔的加工質量。

2.2.1 高質量鉸削。鉸削復雜、精巧的航空零件，零部件的高公差要求、孔直線度和孔質量都是不可缺少的控制要素。可以使用具有專用槽形的新型加工刀具，與傳統刀具不同在于其切削刃和最佳切削液分布設計，可以確保頂級水準的孔加工質量。

2.2.2 安全攻螺紋。使用新型攻絲刀具平穩的切削可以有效降低崩刃發生風險，同時對孔表面加工質量改進也有重要作用。

2.2.3 高可達性鏜削。可以嘗試使用大懸伸下鏜削小孔來獲得較小公差，目前新型刀具幾乎可以直接進行微米級的直徑調整，可以有效保證表面粗糙度。

2.3 起落架的加工制造質量控制

以飛機起落架這一重要航空零部件加工制造為例，加工刀具的改進可以有效提高加工質量和效率及降低加工成本。飛機起落架零部件使用的材料多為鈦合金材料，該類材料加工起來難度更大，如果使用傳統刀具進行加工，加工周期至少需要一個月，并且刀具磨損大，導致該類零部件加工成本居高不下。該情況下，急需一種能大幅度提高加工效率，又能降低加工成本的刀具。

受到現實需求的影響，著名的切削刀具生產制造商伊斯卡提出了大進給銑刀解決方案，其在HTP插齒刀基礎上開發出了一種更為新型的刀具，可以同時滿足插銑、大進給銑削兩種銑削方式要求，并且具有切削快特點。

大進給銑刀的優點主要表現在以下兩個方面：第一，刀片經濟性好。相比于傳統兩個切削刃的APKT刀片，大進給銑刀片每個刀片帶有四個切削刃，刀片設計更經濟；刀片及切削刃的槽形設計，在提高刀片定位精度同時也提高了刀片自身強度，使切削過程中刀片更加平穩，能夠降低刀具磨損程度，提高了刀具切削刃使用壽命。第二，定位方式可靠。刀片正反兩面均帶有切削刃，刀片同時進行加厚處理，定位面被分成若干個小平面，位于刀片側面并與前刀面形成的燕尾槽結構能夠對裝入刀體的刀片起到加固作用，使刀片可以承受更大的切削力，大幅提高定位方式的可靠性。

2.4 垂直尾翼的加工制造質量控制

垂直尾翼零部件的加工所面臨的主要挑戰是孔加工、修邊等的處理。

2.4.1 CFRP的孔加工。

工況及應用需求：（1）數控加工；（2）高纖維含量的碳纖維增強復合材料；（3）高表面質量和尺寸精度的控制；（4）較少的纖維碎裂現象。

加工解決方案：（1）使用6.35mm鉆尖；（2）保證較好的金剛石涂層。

切削參數：（1）VC=150m/min；（2）FN=0.06mm/r。

可以很好地保證孔的質量以及較少的纖維碎裂，且刀具使用壽命較長，能保證800個孔。

2.4.2 碳纖維的修邊加工。

工況及應用要求：（1）較高的表面質量，Ra=1.25m；（2）碳纖維蒙皮；（3）較少的纖維碎裂現象。

加工解決方案：（1）金剛石涂層硬質合金刀具工具；（2）PCD焊接刀具工具；（3）刀具直徑為10mm，不少于2個切削刃。

切削參數：（1）轉速10000r/min，工作臺進給速度為VF=3200mm/min；（2）粗加工，每齒進給0.03～0.08mm；（3）精加工，每齒進給0.02～0.04mm。

參考文獻

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（責任編輯：周 瓊）