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[科学技术]关于复杂形体钛合金零件加工工艺的分析

时间:2022/05/24  点击:197


       

谷岩岩 张磊 郭岩

摘 要:考虑到飞机制造的特殊性,其通常会选择使用具有较高性能的钛合金零件。而加工工艺的选择与使用则直接决定着钛合金零件的整体质量水平与使用性能,因此本文将以飞机异形梁中的钛合金零件为例,在简单说明飞机钛合金零件优势特点的基础上,结合飞机异形梁钛合金零件的结构特性,着重围绕基于复杂形体钛合金零件的加工工艺进行简要分析研究。

关键词:飛机异形梁;钛合金零件;加工工艺

0引言

由于钛合金材料自身具有较高硬度且缺乏较高的导热系数与弹性模量等特性,使得钛合金零件加工难度相对较大。因此探究基于复杂形体钛合金零件的加工工艺,不仅可以有效帮助人们正确认识钛合金材料及其在飞机制造中的重要作用,同时也可以为飞机复杂形体的钛合金零件加工提供必要的理论参考。

1飞机钛合金零件的优势特点分析

在飞机零部件中运用钛合金材料,相比于使用传统钢材料,钛合金零件的强度与热强度更高,密度也相对更小。正常情况下,钛合金材料的密度为60%的钢密度,受此影响,即便面对300℃到500℃的高温环境,采用钛合金材料制备而成的飞机零件也并不会产生形变情况。此外,钛合金还具有良好的耐寒性与耐腐蚀性,有数据显示,在温度达到零下196℃时,飞机钛合金零件仍然可以保持至少1200Pa的抗拉强度。使用钛合金零件下,飞机在长时间飞行时,与空气相互接触也并不会受其影响而导致飞机表面出现被腐蚀的情况,有助于提高飞机整体飞行安全可靠性。而钛合金材料本身具有导热系数较小的优势特点,也可以将飞机零件出现故障问题的可能性降至最低,防止飞机零部件因导热过高而对其他零件正常使用造成不良影响。

2飞机异形梁钛合金零件的结构特性

为有效探明基于复杂形体的飞机钛合金零件加工工艺,本文将选择以应用在飞机异形梁中的接头类钛合金零件为例。此类钛合金零件选用了TC4-DT材料,零件的结构相对比较复杂,首先位于零件耳片处的锥孔对孔位与孔径的精度要求极高,且因其为双向锥孔,要求两孔的轴度保持高度一致。其次,在飞机异形梁接头类钛合金零件中,设有双耳片结构,要求耳片具有较高的平面度,且耳片之间必须相互平行。

3复杂形体下的钛合金零件加工工艺要点分析

3.1双向锥孔加工工艺

3.1.1工艺方法

结合该飞机异形梁接头类钛合金零件的具体结构特点,在对其进行加工时,需要重点对钛合金零件的双向锥孔、深窄双耳片槽以及结构闭角特征等进行高效加工。在对基于复杂形体的飞机异形梁接头类钛合金零件的双向锥孔进行加工时,由于传统的钻扩绞加工工艺与车削加工工艺,虽然具有较好的同轴度与垂直度,且可以有效保障锥孔尺寸、锥孔光洁度与深度等均与规定加工标准要求相符,但由于在实际使用传统锥孔加工工艺时,受到加工工艺自身局限性的影响,容易出现刀具与零件相互碰撞,损坏刀具与弯头或是难以有效把控旋转重心等问题,进而大大增加钛合金零件加工的危险性,同时也不利于切实保障零件具有较高的加工成效。因此在综合考虑下,本文选择采用镗削加工这一工艺技术对该复杂形体的飞机钛合金零件进行高精度双向锥孔加工。在实际运用该项加工工艺技术时,需要相关工作人员首先需要使用直径为28mm的U钻制锥孔底孔,将精镗底孔调整至椎31±0.1mm后,严格按照相关标准要求对U轴刀架进行规范安装。在选用相适宜的镗刀后根据既定程序粗镗锥孔,并使用专用塞规对锥孔的深度、贴合度进行严格检查,最后按顺序精镗锥孔并重新检查锥孔深度与贴合度,确保其与加工规定要求相吻合即可。

3.3结构闭角特征加工

3.3.1刀型选择

在飞机钛合金零件加工中,不仅需要注重保障零件具有较高的加工质量,同时也需要对飞机零件自重予以严控,因此在许多飞机结构零件设计中均会选择使用闭角结构设计的方式。同样在本文提出的飞机异形梁接头类钛合金零件中,也采用了闭角结构设计方式,而在零件闭角加工时,通过充分结合零件结构的具体特性以及实际加工需要,选择使用锥度铣刀这一刀具完成加工操作[1]。该种刀具的柄部与切削部位分别成圆柱状与圆锥状,结合相关研究资料可知,当锥度铣刀的柄部分别为直径为12mmh6和10mmh6倒锥刀时,其对应的闭角切削量的最大值分别为2mm与3mm。锥度铣刀所使用的刀具材料为K44UF,其底部直径均为3mm,刀具齿数为4,刀具旋向统一为右旋,其螺旋角为30°。根据刃长与刀长的不同,倒锥铣刀的类型也不尽相同,如常见的倒锥铣刀有两种刃长,分别为18.7mm与8mm,工作人员可根据实际需要加工的飞机钛合金零件结构情况合理选择相适宜的倒锥铣刀用以有效完成零件结构闭角特征的高精度加工。

3.3.2数控加工

在实际对基于复杂形体的飞机钛合金零件闭角结构进行加工时,为有效提升加工效率,同时保障加工具有较高精准度,本文选择采用数控加工的工艺形式。首先,通过利用专业的编程软件及其自带的建模功能,直接在软件中构建相应的锥度铣刀模型,并根据飞机钛合金零件的各项结构参数,完成零件闭角特征加工程序的编制。其次,为了能够对钛合金零件闭角结构加工进行仿真模拟,同样也需要工作人员结合实际情况运用如VT等性能卓越的数控加工仿真软件,于软件中完成锥度铣刀仿真模型的建立,并通过直接利用软件中的仿真加工应用功能,对钛合金零件进行仿真加工即可。值得注意的是,因在对钛合金零件闭角结构加工时选用的是倒锥刀,故而在实际加工时应当选择三坐标行切的加工方式。考虑到锥度铣刀缺乏较大刚度值,工作人员在具体加工过程中需要对锥度铣刀的实际使用情况进行严格观察,防止发生满刀的情况。在对钛合金零件闭角进行粗加工时,需要工作人员严格按照相关加工规范,在内形中预留出0.3mm到1mm的均匀余量,并对切削力进行有效控制,使其可以具有良好的稳定性。

4结束语

总而言之,在对飞机形体复杂的钛合金零件进行加工时,需要相关工作人员切实结合零件的具体结构特点,严格遵循国家相关标准要求与加工规范,合理选择相适宜的加工工艺,并重点加强对刀具、加工参数的选用与控制。在对整个加工流程进行全程严格控制下,有效完成钛合金零件加工工作,并切实保障钛合金零件具有较高的加工成效。

作者简介

[1]黄宇峰,左敦稳,徐锋,罗伟.基于刀具磨损的钛合金薄壁件加工变形研究[J].机械制造,2015,53(05):70-72.

(1.沈阳沈飞民品工业有限公司;2.空军装备部驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第一军事代表室)


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2022/05/24

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