艦載機(jī)起落架用A-100鋼冷加工工藝研究

賀欣興 張 帆 張 成

(中航飛機(jī)股份有限公司長沙起落架分公司，湖南 長沙 410200)

國外對(duì)于A-100鋼材料在飛機(jī)起落架上的應(yīng)用已十分成熟。近年來，隨著我國水面艦艇的大力發(fā)展，相應(yīng)的艦載機(jī)的需求也日益增長，目前各類新研艦載機(jī)起落架承力構(gòu)件已大量采用A-100鋼。A-100鋼作為一種新型的二次硬化回火馬氏體鋼，具有高強(qiáng)、高硬、高韌性和延展性以及優(yōu)良的抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高韌的結(jié)合[1-4]。較常規(guī)的起落架用合金鋼如30CrMnSiA、30CrMnSiNi2A、300M鋼以及鈦合金，A-100擁有的高斷裂韌性和延展性以及優(yōu)良的抗疲勞和抗應(yīng)力腐蝕開裂性能，使其成為艦載機(jī)起落架零件的首選材料[5-7]。本文通過對(duì)A-100鋼銑削、車削、鉆削工藝研究，不同刀具結(jié)構(gòu)和加工參數(shù)對(duì)加工效率和壽命的影響，為A-100鋼的合理切削參數(shù)和適用刀具提供參考。

1 銑削

銑削對(duì)象為某型號(hào)起落架結(jié)構(gòu)件鍛件毛坯，數(shù)量3件，材料均為A-100鋼，供應(yīng)狀態(tài)均為正火+高溫回火。毛坯分屬3種結(jié)構(gòu)類似的零件。參考起落架常用材料30CrMnSiNi2A鋼、300M鋼以及鈦合金的銑削參數(shù)和銑削刀具，對(duì)于A-100鋼的銑削加工，分別采用了3種不同刀具結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)位刀片：圓片刀、風(fēng)火輪刀片以及快進(jìn)給刀片。并選取與之對(duì)應(yīng)的最佳切削參數(shù)，經(jīng)過在A-100鋼材料上的試切，在獲得最佳刀具壽命的前提下，得出A-100鋼的銑削參數(shù)如表1。

表1 A-100鋼材料熱處理前粗加工銑削參數(shù)

刀片類型快進(jìn)給刀片圓刀片風(fēng)火輪刀片刀頭直徑/mm635063齒數(shù)z666轉(zhuǎn)速/(r/min)200～500200～500200～500進(jìn)給量/(mm/min)500～1 500200～700500～1 500切寬/mm31～4425～3531～44切深/mm0.5～20.3～10.5～2壽命/h2～30.3～10.1～0.5

從表1中可以得出，使用快進(jìn)給刀片進(jìn)行A-100鋼的粗加工，加工效率最好，刀具壽命最長，從而得知加工的成本也是最低。相比較30CrMnSiNi2A鋼、300M鋼以及鈦合金，A-100鋼的切削性能更差，粘刀現(xiàn)象更嚴(yán)重，鐵屑容易堆積在刀片上形成積屑瘤。使用快進(jìn)給刀片加工出的切屑大都呈片狀，切屑長度約30 mm，寬度約5 mm，切屑從基體上剝離端邊緣呈明顯的鋸齒狀。相比較圓刀片以及風(fēng)火輪刀片，快進(jìn)給刀片不適用于逆銑，切削過程中需要充分冷卻。由于快進(jìn)給刀片底刃切削效果好，側(cè)刃容易崩刀，故銑削平面的壽命比銑削曲面的壽命長。圖1、圖2為圓刀片、快進(jìn)給刀片以及風(fēng)火輪刀片磨損前、后的形狀。

快進(jìn)給刀片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它的切削性能，以某品牌快進(jìn)給刀片(FFQ4 SOMT 120516HP IC830)為例，刀片結(jié)構(gòu)如圖3所示。

可以看出，刀片底刃與走刀平面成9°夾角。這種結(jié)構(gòu)形式使得切削時(shí)產(chǎn)生的縱、橫向切削力合力矢量沿主軸方向，能有效減小刀具的振動(dòng)，減少刀具磨損，從而有效提高了刀具壽命[8]。

2 鉆削

鉆削對(duì)象同樣是某型號(hào)起落架結(jié)構(gòu)件鍛件毛坯，數(shù)量3件，材料均為A-100鋼，供應(yīng)狀態(tài)均為正火+高溫回火。參考起落架常用材料30CrMnSiNi2A鋼、300M鋼以及鈦合金的鉆削參數(shù)和鉆頭，經(jīng)過篩選，對(duì)于A-100鋼的鉆削加工，分別采用了3種不同結(jié)構(gòu)和材質(zhì)的鉆頭：變色龍鉆頭、普通鉆頭以及硬質(zhì)合金涂層鉆頭。并選取與之對(duì)應(yīng)的最佳切削參數(shù)，經(jīng)過在A-100鋼材料上的試切，在獲得最佳刀具壽命的前提下，得出A-100鋼的切削參數(shù)如表2。表中的長徑比為鉆頭懸伸長度與鉆頭直徑的比值數(shù)值四舍五入取整。

由表2可以得出硬質(zhì)合金涂層鉆頭加工A-100的效率最低，壽命最短。三類鉆頭的基本結(jié)構(gòu)如圖4、圖5、圖6所示。

表2 A-100鋼材料熱處理前鉆削參數(shù)

鉆頭類型變色龍鉆頭普通鉆頭硬質(zhì)合金涂層鉆夾鉆頭直徑/mm325010轉(zhuǎn)速/(r/min)200～80050～100200～500進(jìn)給量/(mm/min)3～150.2～0.30.2～0.3長徑比865壽命/h1～1.50.5～1.50.1～0.2

對(duì)于麻花鉆，切削刃與刀體成一體，無法通過加強(qiáng)刀體的剛性來提高整體剛性，而變色龍鉆頭采取轉(zhuǎn)位刀片，與刀柄分離，鉆頭整體剛性取決于刀柄的剛性，可以通過大幅提高刀柄的剛性來提高鉆頭剛性，從而提高鉆頭切削性能。

實(shí)際加工過程中，影響鉆頭壽命的因素主要是主切削刃崩刃、橫刃崩刃、后刀面過度磨損以及棱帶磨損。冷卻不充分會(huì)在刃口形成積屑瘤，影響鉆頭性能。在實(shí)際加工過程中，針對(duì)不同崩刃形式，可以通過調(diào)整相應(yīng)的切削參數(shù)來控制崩刃，如：主切削刃崩刃，可以通過減小進(jìn)給量提高切削速度，如果鉆頭振顫則降低切削速度，增大進(jìn)給量；橫刃崩刃，可以減小進(jìn)給量或者采用液壓刀柄、強(qiáng)力刀柄；后刀面過度磨損，檢查鉆頭刃口形式是否選擇正確，降低切削速度；棱帶磨損，檢查鉆頭的徑向跳動(dòng)，降低切削速度[9]。

3 車削

針對(duì)起落架用A100鋼材料的車削加工，在考慮相同前角γ0、相同后角α0以及相同刃傾角λs的基礎(chǔ)上，以主偏角kr為變量，研究了3種不同主偏角kr車刀的最佳切削參數(shù)和壽命，如表3所示。

表3 A-100鋼材料熱處理前車削參數(shù)

車刀類型主偏角kr=45°主偏角kr=60°主偏角kr=75°背吃刀量ap/mm232轉(zhuǎn)速/(r/min)100～200100～200100～200進(jìn)給量/(mm/r)0.2～0.30.1～0.30.2～0.3壽命/h0.2～0.50.5～10.1～0.2

表3中上述車刀均使用菱形刀片(圖7)、后角0°、雙面斷屑槽、切削刃長度為12.7 mm、刀片厚度6.35 mm、刀尖圓角半徑R0.2 mm、切削刃鈍化處理，加工工件為某型號(hào)起落架結(jié)構(gòu)件，為同一批次零件數(shù)量3件，材料均為A-100鋼，供應(yīng)狀態(tài)為正火+高溫回火，加工內(nèi)容是零件的三段階梯外圓，外圓直徑為φ111～φ131 mm，走刀長度100 mm，將上述3種刀片分別加工一節(jié)外圓。

由表3可以得出，車削加工起落架用A-100鋼的最佳背吃刀量ap為2～3 mm(直徑)，最佳轉(zhuǎn)速為150～200 r/min，最佳進(jìn)給量為0.2～0.3 mm/r，其中主偏角kr=60°的刀片壽命最好。由于A-100鋼擁有高斷裂韌性，導(dǎo)致切屑連續(xù)不斷屑，容易粘刀并在刀尖產(chǎn)生積削瘤。在加工過程中應(yīng)當(dāng)充分冷卻，并采取合理的切削參數(shù)。

采取3種不同主偏角的車刀加工的工件表面粗糙度差別不大，粗糙度儀檢測(cè)為Ra1.6～3.2 μm，如圖8所示。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)起落架用A-100鋼冷加工工藝研究，從刀具壽命、加工效率方面入手，得出適用的銑削、鉆削、車削刀具和切削參數(shù)。不同于常規(guī)起落架用高強(qiáng)度鋼，A-100鋼的加工刀具專用性比較強(qiáng)，刀片切削刃不宜太鋒利，應(yīng)做倒圓或倒棱處理，銑削應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速大進(jìn)給，鉆削應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速小進(jìn)給，車削應(yīng)采用低轉(zhuǎn)速小進(jìn)給。銑削適宜采用快進(jìn)給轉(zhuǎn)位銑刀片，鉆削適采用變色龍鉆頭例如淺孔鉆，車削適宜采用主偏角角度偏中的刀片。