航空工業中壓花孔的加工參數改進

王蘭 徐啟騰

摘 要：該文通過采用不同參數進行實驗，提出了通過改進航空工業中壓花孔的加工參數，使壓花孔刀具的使用壽命增加的指導意見。采用與零件材料硬度相比相對適中硬度的壓花刀、適當增加主軸轉速及進給速度有助于增加壓花刀的使用壽命，切削液對壓花刀的使用壽命無明顯影響。

關鍵詞：壓花；壓花孔；壓花刀

中圖分類號：TG37 文獻標志碼：A

0 引言

19世紀70年代，航空航天領域是各強國的主要發展方向，是各國彰顯軍事、科技、制造實力的代表。由于壓花技術在航空工業中有廣泛應用，針對壓花孔加工參數進行研究和試驗分析，可以給行業內相關制造商提供理論依據及數據支撐，通過提高刀具壽命節約時間、降低實際成本，在現在乃至將來都會產生實際利益，具有重要意義。

1 研究目的及現狀

該文闡述的“壓花”是航空工業對定制、輕量、精密、高強度緊固件產品的獨特要求。該文對應的緊固件為與壓花孔配套使用的螺紋絲套。將該類螺紋絲套裝入壓花孔中，使絲套外徑的牙型與壓花孔內的壓花牙型配合。該類絲套可以保護基體螺紋及螺釘螺紋，延長螺紋壽命，并以自身彈性為媒介，使螺紋配合間隙更小，達到更好的配合效果。根據航空標準，壓花牙型具有標準的規格和形狀，由于其良好的使用效果，在航空工業有著廣泛的應用。如圖1所示為壓花孔加工效果。

當前，除航空產品指定的刀具制造商及零件制造商外，普通加工制造行業對壓花了解甚少，因此制造商極少會對壓花加工參數進行研究。僅少數刀具制造商或零件制造商在研發產品時會做調查或研究，但并未發表在刊物中。

2 加工原理

加工壓花孔采用的通用方法是使用專用壓花刀具沿軸向擠壓需要壓花的孔。根據需求的不同，可以選擇三軸或五軸加工中心，配合切削液，使用相對較低的主軸轉速，使刀具沿壓花孔軸向進給，在擠壓力的作用下加工壓花牙型。

根據加工經驗，加工材料硬度值高會增加壓花刀損耗，其中存在因加工螺紋底孔時產生的加工硬化導致材料變硬的情況。過高的材料硬度會降低壓花刀使用壽命，甚至可能經常導致壓花刀刃崩碎的情況，如圖2所示。

3 實驗方案

3.1 實驗設計

分析可能對壓花刀使用壽命產生影響的因素，包括材料硬度、壓花刀硬度、加工參數和冷卻液性質等。在實際的加工制造中，控制材料硬度一般不可行，因此該文將通過改變其他影響因素進行實驗并給出可行性建議。該文選用制造業較常用的鎳基高溫合金Inconel 718進行實驗。

（1）探究冷卻液對壓花刀壽命的影響

采用相同材料、刀具、加工參數，僅更換不同性質的冷卻液進行實驗。該文使用水基和油基兩種切削液進行實驗。

（2）探究刀具硬度對壓花刀壽命的影響

采用相同切削參數及同種切削液，使用3種不同硬度的刀具進行實驗。根據需要，從同一家刀具制造商采購了加工正常高溫合金的刀具、加工較硬高溫合金的刀具以及特制的硬度較低的刀具。在3種壓花刀上分別標明硬度“適中、較硬、較軟”。

（3）探究加工參數對壓花刀壽命的影響

采用相同硬度的刀具和同種切削液，更換表1所示加工參數進行實驗。組A～H為傳統通用加工參數，一般認為較低參數更加安全；組I～J為本實驗增加的實驗用參數。

3.2 實驗結論

根據以上實驗，得出以下結論：

結論一：在更換切削液后，壓花刀的使用壽命并未受到明顯影響。

結論二：在加工壓花孔的過程中，較硬刀具非常容易出現崩刃的狀況（如圖3所示），刀具壽命較低，嚴重時可能損毀零件；較軟刀具雖不易崩刃，但在加工過數個或十數個壓花后，刀刃嚴重扭曲變形（如圖4所示），對產品質量有較壞影響，刀具壽命較低；適中硬度的刀具表現良好，壽命優于另外2種。

需指出的是，適中的刀具硬度必須是相對材料硬度而言的。

結論三：在傳統加工參數即較低主軸轉速及較低進給（組A～H）時，壓花刀壽命明顯低于稍高主軸轉速且較高進給（組J）時。因此適當提高主軸轉速及進給速度有助于提高壓花刀使用壽命。

4 結論

該文介紹了航空工業中常用的壓花孔的加工技術，通過實驗分析給出了加工參數對壓花刀使用壽命的影響。

不用性質的切削液對壓花刀壽命無影響；采用與零件材料硬度相比相對適中硬度的壓花刀更利于增加壓花刀的使用壽命；根據實際情況適當增加主軸轉速及進給速度有助于增加壓花刀的使用壽命。

參考文獻

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