鋁合金薄壁結構件的高效加工技術

馬寧宇

(中航工業沈飛數控加工廠，遼寧 沈陽 110850 )

隨著飛機性能要求的進一步提高，現代航空工業中大量使用整體薄壁結構零件。其主要結構由側壁和腹板組成，結構簡潔、尺寸較大、加工余量大、相對剛度較低，故加工工藝性差。在切削力、切削熱、切削振顫等因素影響下，易發生加工變形，不易控制加工精度和提高加工效率。加工變形和加工效率問題成為薄壁結構加工的重要約束。

1 薄壁腹板零件數控加工工藝

1.1 質量制約因素

腹板超薄類零件在我們實際零件機加過程中經常會遇到，在切削過程中，由于切削力的作用腹板會發生彈性變形，當大部分加工余量被去除后，隨著厚度的逐漸變薄，腹板在加工過程中的顫動逐漸變得明顯，通常變形量會成拋物線狀變化，在加工條件一定的情況下，壁厚越薄變形越嚴重，產生的誤差也越大。

因腹板在切削加工中顫動影響會出現諸多質量問題:例如，腹板出現顫紋，表面光度不好;厚度尺寸不符合公差要求，零件報廢等等，因此對于薄壁腹板結構的加工，關鍵問題就是要解決在切削力作用下的彈性變形。

1.2 解決措施

通過實踐驗證，我們總結了以下工藝方法可供參考:利用真空銑夾具吸附;在腹板底部增加輔助支撐;針對底部無支撐的薄壁腹板，粗銑后留有一定余量，可讓銑刀從試件中間位置斜擺進刀，在深度方向銑到最終尺寸，然后一次走刀由中間向四周螺旋擴展至側壁;刀具軌跡避免重復，以免碰傷切削瞬間變形的表面。

1.3 典型零件案例

1.3.1 零件介紹。前緣;毛料為鋁合金板材(7050 T7451 δ60)，屬典型的超薄腹板類零件，腹板厚度僅為1.5mm(公差±0.2)，零件外廓:700 ×600，腹板中間有4 處通槽，降低了腹板的剛性，給機加增加了難度。

1.3.2 加工控制方案。在此零件的腹板精加工過程中我們采用的是自制專用真空吸夾，結構形式如圖所示。首先將反面加工到位后進行真空吸附，再進行正面的切削。粗加工完成后，腹板留有1mm 余量，再精加工到位，為保證腹板整體強度，通槽最后銑切，并留有0.2～0.3 余量保證吸附完全。

自制專用真空吸夾示意圖

1.3.3 實施效果。通過真空夾具吸附，大大提高了腹板剛性，有效的抑制了加工中的彈性變形，最終腹板壁厚尺寸及表面質量完全達到設計要求。

2 薄壁緣條零件數控加工工藝

2.1 質量制約因素

在薄壁緣條的數控切削過程中，隨著零件壁厚的降低，零件的剛性減低，加工變形增大，容易發生切削震顫，影響零件的加工質量和加工效率;

對于較深的型腔和側壁的數控加工過程中，切削顫動會顯的特別明顯，隨著切深的增加，顫動的加劇，工件與刀具之間會有明顯異響，切削表面同樣會有顫紋、表面粗糙等現象，有的甚至導致壁厚超差。

2.2 解決措施

對于側壁的銑削加工，在切削用量允許的范圍內，采用大徑向切深，小軸向切深分層銑削加工，充分利用零件整體剛性，進行穩定加工。如遇顫動或變形極為嚴重的，為防止刀具對側壁的干涉，可以選用或設計特殊形狀的銑刀，以降低刀具對工件的變形影響。

1)側壁滿刃一刀切的方法也是對待側壁切削中取得較好的效果。其思路是粗加工側壁結束后留有較小的余量，最后在側壁兩側進行滿刃一刀切削，較小余量可控制在0.5mm～1mm 之間，根據實踐也可更小，目的是為了降低切削力，而滿刃切削目的一方面是增大工件與刀具之間接觸面積，提高剛性，另一方面是避免分層切削而導致多次光刀的影響。該方法針對深腔和較高的側壁加工效果會更好，切削表面會有較高的完整性。

2)側壁兩側等高環切方法，其思想在于在切削過程中，盡可能的應用零件的未加工部分作為正在銑削部分的支撐，使切削過程處在剛性較佳的狀態。

3 薄壁結構件高速切削技術

3.1 高速切削特點

要想提高生產效率，國際上擁有先進制造技術的國家，普遍采用高速銑加工。高速銑加工是數控技術發展起來的集高效、優質和低耗為一體的先進制造技術。

和普通銑切削比，高速切削具有下列優點:加工效率高;切削力降低;工件熱變形減小;加工表面質量高;有利于保證零件的尺寸、形位精度;加工成本降低。

薄壁結構件基于高速切削產生的切削力低、熱變形小、表面精度高等特點，從而實現高效、經濟、優質加工的目的。

3.2 高速切削技術被廣泛應用薄壁結構件

中航工業沈飛數控加工廠(以下簡稱該廠)在薄壁鋁合金結構件高速切削技術方面現已達到成熟階段，不同類型的結構件都已在高速銑機床上實現優質高效加工。

3.2.1 薄壁鑄件高速銑加工。這是該廠典型的2 項鋁合大型鋁合金鑄件，壁厚2mm～4mm，結構復雜，表面質量要求高，尺寸公差要求嚴格。目前采用的是高速切削加工，加工后的產品質量完全達到設計要求，其技術含量已達到同行業內頂尖水平。

3.2.2 薄壁長桁類零件高速加工。長桁類零件在該廠有上百余項，零件的外形公差要求嚴格，零件的表面光度要求較高，同時，零件的表面光潔度形成的方式受限(表面不允許使用拋光的加工方式，需要保留銑刀加工的痕跡)，所以，對數控機床的精度、程序的準確性及刀具均要求較高。

4 結論

鋁合金薄壁結構件高效加工技術的應用，解決了大批量薄壁零件機加困難的問題，實現了科研生產任務保質保量的順利交付，同時對今后類似產品的生產有很好的借鑒作用。