艦載機起落架用A-100鋼冷加工工藝研究

賀欣興 張 帆 張 成

(中航飛機股份有限公司長沙起落架分公司，湖南 長沙 410200)

國外對于A-100鋼材料在飛機起落架上的應用已十分成熟。近年來，隨著我國水面艦艇的大力發展，相應的艦載機的需求也日益增長，目前各類新研艦載機起落架承力構件已大量采用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、高硬、高韌性和延展性以及優良的抗疲勞和抗應力腐蝕開裂性能，實現了高強高韌的結合[1-4]。較常規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良的抗疲勞和抗應力腐蝕開裂性能，使其成為艦載機起落架零件的首選材料[5-7]。本文通過對A-100鋼銑削、車削、鉆削工藝研究，不同刀具結構和加工參數對加工效率和壽命的影響，為A-100鋼的合理切削參數和適用刀具提供參考。

1 銑削

銑削對象為某型號起落架結構件鍛件毛坯，數量3件，材料均為A-100鋼，供應狀態均為正火+高溫回火。毛坯分屬3種結構類似的零件。參考起落架常用材料30CrMnSiNi2A鋼、300M鋼以及鈦合金的銑削參數和銑削刀具，對于A-100鋼的銑削加工，分別采用了3種不同刀具結構的轉位刀片：圓片刀、風火輪刀片以及快進給刀片。并選取與之對應的最佳切削參數，經過在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鋼的銑削參數如表1。

表1 A-100鋼材料熱處理前粗加工銑削參數

刀片類型快進給刀片圓刀片風火輪刀片刀頭直徑/mm635063齒數z666轉速/(r/min)200～500200～500200～500進給量/(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，使用快進給刀片進行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，粘刀現象更嚴重，鐵屑容易堆積在刀片上形成積屑瘤。使用快進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火輪刀片，快進給刀片不適用于逆銑，切削過程中需要充分冷卻。由于快進給刀片底刃切削效果好，側刃容易崩刀，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、快進給刀片以及風火輪刀片磨損前、后的形狀。

快進給刀片的結構特點決定了它的切削性能，以某品牌快進給刀片(FFQ4 SOMT 120516HP IC830)為例，刀片結構如圖3所示。

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

2 鉆削

鉆削對象同樣是某型號起落架結構件鍛件毛坯，數量3件，材料均為A-100鋼，供應狀態均為正火+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和鉆頭，經過篩選，對于A-100鋼的鉆削加工，分別采用了3種不同結構和材質的鉆頭：變色龍鉆頭、普通鉆頭以及硬質合金涂層鉆頭。并選取與之對應的最佳切削參數，經過在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值四舍五入取整。

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

表2 A-100鋼材料熱處理前鉆削參數

鉆頭類型變色龍鉆頭普通鉆頭硬質合金涂層鉆夾鉆頭直徑/mm325010轉速/(r/min)200～80050～100200～500進給量/(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

對于麻花鉆，切削刃與刀體成一體，無法通過加強刀體的剛性來提高整體剛性，而變色龍鉆頭采取轉位刀片，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。冷卻不充分會在刃口形成積屑瘤，影響鉆頭性能。在實際加工過程中，針對不同崩刃形式，可以通過調整相應的切削參數來控制崩刃，如：主切削刃崩刃，可以通過減小進給量提高切削速度，如果鉆頭振顫則降低切削速度，增大進給量；橫刃崩刃，可以減小進給量或者采用液壓刀柄、強力刀柄；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，降低切削速度[9]。

3 車削

針對起落架用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和壽命，如表3所示。

表3 A-100鋼材料熱處理前車削參數

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轉速/(r/min)100～200100～200100～200進給量/(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，加工工件為某型號起落架結構件，為同一批次零件數量3件，材料均為A-100鋼，供應狀態為正火+高溫回火，加工內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)，最佳轉速為150～200 r/min，最佳進給量為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，導致切屑連續不斷屑，容易粘刀并在刀尖產生積削瘤。在加工過程中應當充分冷卻，并采取合理的切削參數。

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，粗糙度儀檢測為Ra1.6～3.2 μm，如圖8所示。

4 結語

本文通過對起落架用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。不同于常規起落架用高強度鋼，A-100鋼的加工刀具專用性比較強，刀片切削刃不宜太鋒利，應做倒圓或倒棱處理，銑削應采用低轉速大進給，鉆削應采用低轉速小進給，車削應采用低轉速小進給。銑削適宜采用快進給轉位銑刀片，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。