淺談民用航空薄壁結(jié)構(gòu)件加工方法與應(yīng)用

江宏志

（沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司,沈陽 110850）

1 航空薄壁結(jié)構(gòu)件

薄壁結(jié)構(gòu)是由薄板、薄殼和細長桿件組成的結(jié)構(gòu)，能以較小的重量和較少的材料承受較大的荷載。薄壁結(jié)構(gòu)件區(qū)別與板金擠壓敲擊成型零件，現(xiàn)代飛機的設(shè)計為了極大程度減輕飛機重量并且保證飛機的結(jié)構(gòu)強度，薄壁結(jié)構(gòu)件應(yīng)用越來越廣泛。本文以A320翼肋數(shù)控加工為例進行研究與分析，如圖A320翼肋最薄處腹板、側(cè)壁、緣條厚度均不到1mm，側(cè)壁與緣條均為雙曲結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致電導(dǎo)率超差，影響加工效率和質(zhì)量。

圖1 A320翼肋產(chǎn)品圖

2 航空薄壁結(jié)構(gòu)件加工難點分析

對A320翼肋薄壁件數(shù)控加工的難點進行如下分析：

（1）零件表面質(zhì)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(nèi)應(yīng)力的影響因素，內(nèi)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(dǎo)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(zhì)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(cè)壁出現(xiàn)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(shù)。切削參數(shù)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(shù)不同。另外，對于不同的加工目的，選取的切削參數(shù)也不同，粗加工是為了去除大部分余量，因此，切削參數(shù)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(shù)。

銑切加工中經(jīng)常使用的參數(shù)如下：

Vc—銑削速度（m/min）

Dc—銑刀直徑（mm）

N—銑刀轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）

Fz—每齒進給量（mm/z）

Vf—進給速度（mm/min）

Z—銑刀齒數(shù)

Ae—切削寬度（mm）

Ap—切削深度（mm）

這些參數(shù)中相互關(guān)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(shù)的相互關(guān)系如下：根據(jù)刀具樣本提供的切削參數(shù)，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(nèi)外形均勻釋放應(yīng)力；切削過程沒有讓刀現(xiàn)象。

分析：單面切削加工量過大，導(dǎo)致零件應(yīng)力釋放，產(chǎn)生變形；薄壁腹板按照常規(guī)精銑腹板，會出現(xiàn)將腹板帶起或無切削量現(xiàn)象。

解決方案：1用POCKETING模塊進行編寫內(nèi)外形程序；采用內(nèi)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(xiàn)撕裂情況出現(xiàn)。

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(guī)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(dǎo)致零件切削局部過燒等現(xiàn)象。

解決方案：改為立式高速加工，轉(zhuǎn)變?yōu)榕P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(xiàn)堆埋現(xiàn)象，冷卻液完成可以充分帶走切削熱，從而滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

通過對A320翼肋項目薄壁結(jié)構(gòu)件問題進行分析，并充分利用車間本身的資源，根據(jù)不同的刀具計算切削參數(shù)，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(xiàn)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。