淺談民用航空薄壁結構件加工方法與應用

江宏志

（沈陽飛機工業（集團）有限公司,沈陽 110850）

1 航空薄壁結構件

薄壁結構是由薄板、薄殼和細長桿件組成的結構，能以較小的重量和較少的材料承受較大的荷載。薄壁結構件區別與板金擠壓敲擊成型零件，現代飛機的設計為了極大程度減輕飛機重量并且保證飛機的結構強度，薄壁結構件應用越來越廣泛。本文以A320翼肋數控加工為例進行研究與分析，如圖A320翼肋最薄處腹板、側壁、緣條厚度均不到1mm，側壁與緣條均為雙曲結構，加工中容易變形，輪廓度公差+0.38mm～-0.127，加工中不易于保證，切削速度過快容易導致電導率超差，影響加工效率和質量。

圖1 A320翼肋產品圖

2 航空薄壁結構件加工難點分析

對A320翼肋薄壁件數控加工的難點進行如下分析：

（1）零件表面質量問題，如零件表面粗糙度問題；

（2）零件行狀、位置尺寸問題，如消除零件加工過程中內應力的影響因素，內外形輪廓度 +0.38mm～-0.127的保證，薄壁零件腹板±0.1mm公差的保證，切斷零件帶刀問題；

（3）切削效率提高帶來的切削熱問題：如電導率值37.6%～42.0%IACS的保證。

3 問題分析及解決方案

3.1 零件表面質量問題

要求：粗糙度達到▽3.2

分析：零件加工完成后，腹板面或側壁出現粗糙度達不到要求的情況。

解決方案： （1）保證零件排刀Dr＜D-2r；（2）保證精加工零件外形所選刀具長度L＞Da；（3）合理的切削參數。切削參數的選擇需要綜合考慮，對于不同的刀具材料加工不同的零件材料時選用的切削參數不同。另外，對于不同的加工目的，選取的切削參數也不同，粗加工是為了去除大部分余量，因此，切削參數要盡可能的選取上限值，精加工為了保證零件的尺寸，則需要選取合適的加工參數。

銑切加工中經常使用的參數如下：

Vc—銑削速度（m/min）

Dc—銑刀直徑（mm）

N—銑刀轉數（r/min）

Fz—每齒進給量（mm/z）

Vf—進給速度（mm/min）

Z—銑刀齒數

Ae—切削寬度（mm）

Ap—切削深度（mm）

這些參數中相互關系為：Vf=Fz×N×ZVc=π×Dc×N/1000

對于鋁合金的加工，主軸消耗的功率P與主軸扭矩M與切削參數的相互關系如下：根據刀具樣本提供的切削參數，通過計算得出如下表:

表1

3.2 零件形狀、位置尺寸問題

要求：內外形均勻釋放應力；切削過程沒有讓刀現象。

分析：單面切削加工量過大，導致零件應力釋放，產生變形；薄壁腹板按照常規精銑腹板，會出現將腹板帶起或無切削量現象。

解決方案：1用POCKETING模塊進行編寫內外形程序；采用內外形分層切削，盡量避免單邊直接切削到量； 2留1.5-2.5mm余量分一層進行精銑腹板加工；采用“橫向撕紙法”進行切斷，如右圖切斷留有0.10mm，依然保持連接強度，而沒有出現撕裂情況出現。

圖2 局部零件刀具切削軌跡圖

圖3 局部零件切削演示圖

3.3 切削效率提高帶來的切削熱問題

要求：零件加工后超聲波探測不超過規定范圍。

分析：由于清理鋁屑不及時，由于冷卻液沒有完全噴灑在切削局部，導致零件切削局部過燒等現象。

解決方案：改為立式高速加工，轉變為臥式高速機床加工，臥式高速機床在零件加工過程中，由于重力作用，鋁屑不會出現堆埋現象，冷卻液完成可以充分帶走切削熱，從而滿足規范要求。

4 結束語

通過對A320翼肋項目薄壁結構件問題進行分析，并充分利用車間本身的資源，根據不同的刀具計算切削參數，并且采用完全無真空吸附的方式加工薄壁零件，其中解決了在高速切削過程中零件受切削力作用帶起零件，切斷零件時難以將零件與毛坯分離等問題，實現零件正常切削和輔助加工并行操作，提高2-3倍的加工效率。