某飞机舱门纵梁高速切削技术探究

屈琨

摘 要：飞机舱门纵梁是飞机舱门上的主承力件，对飞机舱门的结构强度有着巨大影响。该文通过论述高速切削技术特点、应用领域，分析了梁类零件的结构特点和加工难点，介绍一种针对梁类航空薄壁件的加工方法，解决此类零件的加工难点问题。

关键词：纵梁 高速加工 工艺分析

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（c）-0071-02

由于梁类零件结构复杂、材料特殊，并且为薄壁结构，在切削加工时受切削区域温度过高、切削力大以及刀具磨损迅速等因素影响，造成零件在加工中变形较大，表面完整性难以保证，加工效率低下。在航空制造强国，高速、高精加工技术得到广泛应用，尤其是高速切削技术具有产生热量少、切削力小、零件变形小等优点，为解决梁类零件加工质量难以保证的问题提供了新途径。

1 零件分析

所给飞机纵梁零件如图1所示，该零件加工材料为7475-T7351牌号铝合金，为“工”字型结构，主要由上缘条、下缘条、腹板、筋条组成，主要特点如下。

零件的几何尺寸：1102.94mm×35.56mm×133.46mm。

零件宽度不一，最宽处58.42mm，最窄处35.56mm。

零件高度不等，最高处133.46mm，最低处111.70mm。

零件腹板厚度为2.00mm，缘条厚度为3.50mm。

2 零件加工难点

零件在加工过程中，受切削力等其他因素的影响会有一个轻微的振动，零件加工尺寸精度要求高，纵梁的腹板、缘条厚度比较薄，尺寸很难保证。

零件长度尺寸大，这类薄壁件材料余量去除率特别大，若零件在粗加工过程中应力没有得到均匀、有效的释放，就极容易造成工件局部应力集中。加工中容易在长度方向上产生翘曲变形，从而引起腹板厚度不均匀[1]。

零件外形不规则，双面结构，两面带槽，中间腹板极薄，装夹困难，必须需多次翻面加工，而且翻面后又容易使零件产生变形[2]。

3 工艺设计

3.1 机床的选择

零件腹板厚度仅为2.0mm，加工时极易变形，应尽可能的减小径向切削力和热变形。根据纵梁的技术难点，结合国内外先进的加工经验，采用高速切削加工是最合适的加工方法[3]。

考虑到预拉伸板毛坯的尺寸，机床行程必须大于1102mm，综合考虑以上因素，意大利FIDIA的加工中心 K211，能够满足加工的各项要求，机床的具体特点及参数如表1所示。

3.2 刀具的选择

选择一把合适的刀具，对零件的加工往往能起到事半功倍的作用，也是影响零件加工质量的关键因素。在零件的加工过程中，刀具所处的环境是极其恶劣的。在切削毛坯时，刀具往往要承受很强切削力和很高的切削热，同时与工件表面和切屑都产生剧烈的摩擦，对刀具的耐热性和耐磨性都是一个严峻的考验。为了充分发挥机床的切削性能，必须选用适合的刀具。

在航空制造业，加工铝合金材料的刀具常有：高速钢刀具、硬质合金刀具和涂层刀具。硬质合金刀具主要用在高速切削。硬质合金是高硬度、难融的金属化合物（主要是 WC、TiC）为基体，微米级的粉，用钴或镍等为粘结剂用粉末冶金方法制成的一种合金[4]。耐磨、耐热性好，切削速度可以达到高速钢的6倍，切削速度可达100m∕min。

在粗加工阶段，通常选用直径较大刀具，这样提高切削的效率。但需要注意，粗加工和精加工选择的刀具直径不能相差过大，否将会在零件转角处的腹板上产生三角形残留。在工件精铣时，选择刀具时必须要符合精加工刀具的半径必须小于零件内形槽最小转角半径这一原则，这样刀具在加工圆角时会在转角处形成圆滑的过渡曲线，以防切削力在转角处骤然增大，使刀具磨损和零件表面精度下降[5]。

3.3 刀具参数

切削参数的确定是加工工艺中的重要内容 ，在切削過程中，如果刀具参数设置不合理，则零件在加工的过程中，会产生大量的切削热，会加剧刀具的磨损，增大切削力，易造成零件变形。

在传统的机械加工中，粗铣时，为了提高工作效率常选取一个比较大的背吃刀量，但对飞机舱门纵梁而言，粗加工选用较大的背吃到量并不合适。由于纵梁是薄壁零件，加工时受到的切削力不易过大，而切削力随着背吃刀量的增大而增大，通过查阅资料，薄壁件粗铣时背吃刀量取3mm为宜。2齿刀的容屑槽比较大，利于切屑的及时排出，由于零件受热极易变形，故零件的加工选择2齿刀可减少切削热对零件的影响。根据公式VC=πDn/1000及Vf=f×n计算后，得到零件实际加工的刀具参数如表2所示。

3.4 装夹

真空夹紧装置是薄壁类非磁性零件首选的夹具，其工作原理是使夹具的密闭空腔产生真空，依靠大气压力将工件夹紧。真空夹具产生的夹紧力并不是特别大，单位压力仅有一个大气压左右，但压力的分布十分均匀[6]，特别适合飞机舱门纵梁这种刚性差的薄壁件。

3.5 工艺流程

粗铣内形、外形→粗铣缘条、筋条→时效→检测→半精铣内形、外形→半精铣缘条、筋条→精铣内形、外形→精铣缘条、筋条→钳工→荧光检查→电导率检查→表面处理→标识。

4 结语

飞机舱门纵梁高速切削技术是一项复杂的综合性技术，涉及刀具参数设定、走刀路径设计、装夹方案确定等诸多工艺条件。该文采用高速加工技术，制定合理可行的工艺方案，最终充分解决了飞机舱门纵梁加工易变形的问题，为梁类航空薄壁件的加工提供了参考。

参考文献

[1] 陈文亮，安鲁明.飞行器制造技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2014：76-77.

[2] 安卫星，谢大叶.航空长梁类薄壁零件高效加工应用技术研究[A].中国航空学会：探索-创新-交流——第五届中国航空学会青年科技论坛文集[C].2012：7.

[3] 徐吉存，陈洪军，曹文智，等.钛合金材料高效高速加工机床应用现状及发展趋势[J].金属加工：冷加工，2018（5）：61-63.

[4] 卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2010：31-32.

[5] 陆洁，李小游.高速切削技术及其在飞机结构件加工中的应用[J].教练机，2011（2）：25-28.

[6] 佚名.飞机零件的装夹[J].世界制造技术与装备市场，2011（5）：110.

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科学技术创新杂志社

2020-07-12