鋁合金薄壁件的數控高速銑削試驗研究

戴斌華

摘 要：本研究以B737-700梁間肋172A3406-2為例，對高速銑削條件下，分析結構和材料的工藝性，確定工藝方案，切削參數及主要工序分析，針對性的模擬和產品試驗分析，得出薄壁鋁合金結構件工藝路線應遵循原則等。

關鍵詞：鋁合金；薄壁；高速切削；工藝參數；工序分析

一、典型試件加工工藝設計分析

（一）零件的結構和材料介紹

梁間肋，產品圖號：172A3406-2，材料為7075- T7351預拉伸板。產品結構：輪廓尺寸1480mmx320mmx41.2mm，其緣板厚度1.016mm，腹板厚度0.635～0.62mm，緣板與腹板之間筋條厚度1.016mm。以腹板面為界兩邊的型腔側面分別是開斜面和閉斜面。

（二）零件的結構和材料工藝性分析

7075-T7351預拉伸板，抗抗拉強度572MPa，度屈服點503 MPa，延伸率10%，洛氏硬度度HRC85-94，單位力765.2N/mm，屬于易削和產生積屑瘤。

零件結構剛性在精加工時明顯不足，薄壁的變形和加工振顫須得到控制。工藝方案應注意減少切削力和切削熱而引起的零件變形；減少刀具的磨損。

在高溫高速精加工型腔側壁，尤其是閉斜角處，刀具的振顫問題是關鍵。做好夾持和冷卻。

1、工藝方案分析

通過粗加工、半精加工來逐漸去除余量和釋放應力，并通過對腹板兩面的型腔對稱加工來消化吸收應力變形的影響，在一次裝夾加工中先內形后外形加工。

2、切削參數及主要工序工藝分析

（1）切削參數的選擇

T—刀具壽命（分鐘），取T=60（分鐘），

Ar—每齒進給量（mm）：精加工0.055-0.15；粗加工0.15-0.3；

A?！邢魃疃龋╩m）：精加工1-2；粗加工7-10；

Ae—切削寬度（mm）：：精加工1-2；粗加工10-D/2；

（2）主要工序工藝分析

2.1兩側緣板高度銑削

a、型腔粗銑：多層銑削減少變形，提高刀具耐用度

僅底刃和刀尖角R3及稍長部分參與切削，側刃很少參與切削，保證側刃較少磨損，使粗銑和精銑可用同一把銑刀完成。提高進給速度，減少刀具在零件局部停留時間，使產生的熱量大部分被切屑帶走，加工變形小。

通過對比試驗得知：若每次A。=15mm，介500mm/分，連續加工2小時后刀具已變鈍，零件表面粗糙度Ra6.3；若每次AP=6mm，f=2550mm/分，連續加工4小時刀具仍完好，零件表面粗糙度Ra3.2。

經過試驗確定粗銑型腔時：銑刀直徑中Φ30時AP=6-8mm；銑刀直徑中Φ20時， AP≮6mm。.

b、型腔精銑：留余量0.5～lmm，一次銑削完成.

采用多層銑削，精加工余量確定為0.5～lmm。余量盡量選擇一次切削完成。精加工進給速度是為了獲得較小的表面粗糙度Ra值，加工效率則是第二位的。

因此對型腔強的加工，宜采用粗加工分層，快速銑削，精加工一次完成的工藝技術措施。

2.2閉斜角內形數控銑削

使用刀具Φ12.7 mm應為五坐標數控留下合適的加工余量。銑刀直徑僅Φ12.7 mm，太大的余量會使銑刀產生變形，在閉角處五坐標加工刀尖應離開腹板0.25 mm避免缺肉。

（3）工藝試驗及結果分析

3.1模擬試驗

分別加工了三個模擬件，試驗證明：

a）切削型腔和腹壁時，刀具軌跡不允許來回重復，使刀具不碰傷暫時變形的切削面；

b）粗加工采取分層銑削，讓應力均勻釋放；

c）下刀采用往復斜下刀方式，可以減少垂直切削分力對薄壁腹板的壓力；

d）并監控刀具使用磨損，保證使用中刀具一致處于完好狀態

3.2“較高速”產品模擬試驗，實驗結論：

a）粗加工時Af可以加大未0.2～0.3，則f還可以加快；

b）刀具設計刃層必須鋒利，結構穩定，耐用度要符合工序要求；

c）走刀路線不重復，對控制在變形有力；

d）冷卻要充分，并使用真空夾具有效夾持。

（三）高速切削的實踐總結

高速切削加工鋁合金超薄結構件梁間肋的經驗，已經應用于其他整體結構數控加工之中，試驗證明，只須控制在“較高速切削”狀態，就可取消對這些產品的校正工序，造出變形小，表面質量高的產品。

鋁合金結構件工藝路線應遵循以下原則安排：

粗加工：先內形后外形，先筋高后型腔；精加工：先外形后內形，先腹壁后轉角。銑切厚度（A。）值，可選D/3-D2/，通常粗加工選7-5m m，在銑削寬度（Ap）較小情況下，銑削厚度可適當增加。銑削寬度（Ap）粗銑時選用6-10，精加工時由于銑切厚度A。值已經很小，通常為1一3nIIfl，Ap值可以加大。

根據不同零件類型和材料，對加工參數進行優化處理是必要的。優化過程的輸入數據為CATIA運行之后的刀位文件CLFILE，在該文件中包含了所有數控加工的切削技術參數，經過計算機進行比較、模擬，通過切削參數數學模型，計算出機床主軸轉速和進給速度，對于曲線切削和拐角處，系統隨幾何形狀的改變而修正進給速度，防止過切。切削參數數據的建立是工藝路線正確性的基礎，合理的加工順序編排，才能使切削參數數據庫發揮出優選效率。若工藝路線及加工軌跡不合理，切削參數數據也就失去意義。

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