某飛機艙門縱梁高速切削技術探究

屈琨

摘 要：飛機艙門縱梁是飛機艙門上的主承力件，對飛機艙門的結構強度有著巨大影響。該文通過論述高速切削技術特點、應用領域，分析了梁類零件的結構特點和加工難點，介紹一種針對梁類航空薄壁件的加工方法，解決此類零件的加工難點問題。

關鍵詞：縱梁 高速加工 工藝分析

中圖分類號：TG506 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0071-02

由于梁類零件結構復雜、材料特殊，并且為薄壁結構，在切削加工時受切削區域溫度過高、切削力大以及刀具磨損迅速等因素影響，造成零件在加工中變形較大，表面完整性難以保證，加工效率低下。在航空制造強國，高速、高精加工技術得到廣泛應用，尤其是高速切削技術具有產生熱量少、切削力小、零件變形小等優點，為解決梁類零件加工質量難以保證的問題提供了新途徑。

1 零件分析

所給飛機縱梁零件如圖1所示，該零件加工材料為7475-T7351牌號鋁合金，為“工”字型結構，主要由上緣條、下緣條、腹板、筋條組成，主要特點如下。

零件的幾何尺寸：1102.94mm×35.56mm×133.46mm。

零件寬度不一，最寬處58.42mm，最窄處35.56mm。

零件高度不等，最高處133.46mm，最低處111.70mm。

零件腹板厚度為2.00mm，緣條厚度為3.50mm。

2 零件加工難點

零件在加工過程中，受切削力等其他因素的影響會有一個輕微的振動，零件加工尺寸精度要求高，縱梁的腹板、緣條厚度比較薄，尺寸很難保證。

零件長度尺寸大，這類薄壁件材料余量去除率特別大，若零件在粗加工過程中應力沒有得到均勻、有效的釋放，就極容易造成工件局部應力集中。加工中容易在長度方向上產生翹曲變形，從而引起腹板厚度不均勻[1]。

零件外形不規則，雙面結構，兩面帶槽，中間腹板極薄，裝夾困難，必須需多次翻面加工，而且翻面后又容易使零件產生變形[2]。

3 工藝設計

3.1 機床的選擇

零件腹板厚度僅為2.0mm，加工時極易變形，應盡可能的減小徑向切削力和熱變形。根據縱梁的技術難點，結合國內外先進的加工經驗，采用高速切削加工是最合適的加工方法[3]。

考慮到預拉伸板毛坯的尺寸，機床行程必須大于1102mm，綜合考慮以上因素，意大利FIDIA的加工中心 K211，能夠滿足加工的各項要求，機床的具體特點及參數如表1所示。

3.2 刀具的選擇

選擇一把合適的刀具，對零件的加工往往能起到事半功倍的作用，也是影響零件加工質量的關鍵因素。在零件的加工過程中，刀具所處的環境是極其惡劣的。在切削毛坯時，刀具往往要承受很強切削力和很高的切削熱，同時與工件表面和切屑都產生劇烈的摩擦，對刀具的耐熱性和耐磨性都是一個嚴峻的考驗。為了充分發揮機床的切削性能，必須選用適合的刀具。

在航空制造業，加工鋁合金材料的刀具常有：高速鋼刀具、硬質合金刀具和涂層刀具。硬質合金刀具主要用在高速切削。硬質合金是高硬度、難融的金屬化合物（主要是 WC、TiC）為基體，微米級的粉，用鈷或鎳等為粘結劑用粉末冶金方法制成的一種合金[4]。耐磨、耐熱性好，切削速度可以達到高速鋼的6倍，切削速度可達100m∕min。

在粗加工階段，通常選用直徑較大刀具，這樣提高切削的效率。但需要注意，粗加工和精加工選擇的刀具直徑不能相差過大，否將會在零件轉角處的腹板上產生三角形殘留。在工件精銑時，選擇刀具時必須要符合精加工刀具的半徑必須小于零件內形槽最小轉角半徑這一原則，這樣刀具在加工圓角時會在轉角處形成圓滑的過渡曲線，以防切削力在轉角處驟然增大，使刀具磨損和零件表面精度下降[5]。

3.3 刀具參數

切削參數的確定是加工工藝中的重要內容 ，在切削過程中，如果刀具參數設置不合理，則零件在加工的過程中，會產生大量的切削熱，會加劇刀具的磨損，增大切削力，易造成零件變形。

在傳統的機械加工中，粗銑時，為了提高工作效率常選取一個比較大的背吃刀量，但對飛機艙門縱梁而言，粗加工選用較大的背吃到量并不合適。由于縱梁是薄壁零件，加工時受到的切削力不易過大，而切削力隨著背吃刀量的增大而增大，通過查閱資料，薄壁件粗銑時背吃刀量取3mm為宜。2齒刀的容屑槽比較大，利于切屑的及時排出，由于零件受熱極易變形，故零件的加工選擇2齒刀可減少切削熱對零件的影響。根據公式VC=πDn/1000及Vf=f×n計算后，得到零件實際加工的刀具參數如表2所示。

3.4 裝夾

真空夾緊裝置是薄壁類非磁性零件首選的夾具，其工作原理是使夾具的密閉空腔產生真空，依靠大氣壓力將工件夾緊。真空夾具產生的夾緊力并不是特別大，單位壓力僅有一個大氣壓左右，但壓力的分布十分均勻[6]，特別適合飛機艙門縱梁這種剛性差的薄壁件。

3.5 工藝流程

粗銑內形、外形→粗銑緣條、筋條→時效→檢測→半精銑內形、外形→半精銑緣條、筋條→精銑內形、外形→精銑緣條、筋條→鉗工→熒光檢查→電導率檢查→表面處理→標識。

4 結語

飛機艙門縱梁高速切削技術是一項復雜的綜合性技術，涉及刀具參數設定、走刀路徑設計、裝夾方案確定等諸多工藝條件。該文采用高速加工技術，制定合理可行的工藝方案，最終充分解決了飛機艙門縱梁加工易變形的問題，為梁類航空薄壁件的加工提供了參考。

參考文獻

[1] 陳文亮，安魯明.飛行器制造技術基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2014：76-77.

[2] 安衛星，謝大葉.航空長梁類薄壁零件高效加工應用技術研究[A].中國航空學會：探索-創新-交流——第五屆中國航空學會青年科技論壇文集[C].2012：7.

[3] 徐吉存，陳洪軍，曹文智，等.鈦合金材料高效高速加工機床應用現狀及發展趨勢[J].金屬加工：冷加工，2018（5）：61-63.

[4] 盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業出版社，2010：31-32.

[5] 陸潔，李小游.高速切削技術及其在飛機結構件加工中的應用[J].教練機，2011（2）：25-28.

[6] 佚名.飛機零件的裝夾[J].世界制造技術與裝備市場，2011（5）：110.