航空航天領(lǐng)域中數(shù)字化模具制造技術(shù)的應(yīng)用

西安航空動(dòng)力控制公司 劉文義 趙興龍

航空航天領(lǐng)域中數(shù)字化模具制造技術(shù)的應(yīng)用

西安航空動(dòng)力控制公司 劉文義 趙興龍

劉文義

近年來隨著國家對(duì)模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高度重視及人才的培訓(xùn)，航空航天領(lǐng)域的模具技術(shù)也有了飛速發(fā)展，航空航天產(chǎn)品不斷向多樣化和高性能化發(fā)展，也就是要求模具制造單位在短時(shí)間內(nèi)為生產(chǎn)單位開發(fā)和投產(chǎn)提供高精度的模具。為了適應(yīng)這一要求，公司充分利用數(shù)控加工及模具計(jì)算機(jī)輔助制造等技術(shù)，將數(shù)字化應(yīng)用到了模具制造的全過程，包括數(shù)字化設(shè)計(jì)、加工、分析以及制造過程中的信息收集，從而實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)、高速加工，保證產(chǎn)品任務(wù)的完成。

薄壁件的銑削加工

在模具的生產(chǎn)過程中，薄壁件的數(shù)控銑削是一種常見的加工方式。通過對(duì)薄板支架零件的數(shù)控加工工藝分析，并在UG軟件中生成了走刀路線，總結(jié)了薄壁銑削加工變形的規(guī)律，提出了薄壁件加工變形的補(bǔ)償方法。薄壁結(jié)構(gòu)零件主要由側(cè)壁和腹板組成，由于其結(jié)構(gòu)簡單、加工余量大以及相對(duì)剛度較低，故加工工藝性差，在切削力、切削熱和切削振動(dòng)等各種因素影響下，容易發(fā)生加工變形，致使其加工精度難以保證，且效率低下，成為薄壁模具件加工的重要約束。圖示零件為一種薄板狀支架，材料為鍛造鋁合金LD5，結(jié)構(gòu)形狀較復(fù)雜，是適合數(shù)控銑削加工的一種典型薄壁類零件。

薄壁類零件

該零件的加工輪廓由列表曲線圓弧及直線構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，幾何公差等級(jí)為IT14，表面粗糙度值為Ra=6.3 μm，在加工時(shí)極易產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致零件的壁厚公差和表面粗糙度等難以達(dá)到要求。產(chǎn)品的毛坯與零件相似，各處均有不小于5 mm的加工余量，零件在加工前后尺寸相差較大，加工時(shí)剛性也不好，在加工過程中，銑削前后都會(huì)產(chǎn)生較大的變形誤差，因而在切削刀具材料選擇時(shí)應(yīng)使用耐磨、抗沖擊能力好、硬度高以及與工作材料親和力小，能適應(yīng)在更高的切削速度下工作的、采用了化學(xué)氣相沉積涂層的硬質(zhì)合金刀具。在切削時(shí)對(duì)刀柄的動(dòng)平衡特性、幾何精度、重復(fù)裝夾精度和裝夾剛度等要求都很高，所以選用1∶10的HSK的真空刀柄；在銑削加工時(shí)，使用一面兩孔的定位方式，夾具使用專用的過渡真空平臺(tái)，利用真空吸緊工件，夾緊面積大，剛度好，銑削時(shí)不易產(chǎn)生振動(dòng)，尤其適用于薄板件裝夾，并加輔助夾緊裝置，以避免工件松動(dòng)。

對(duì)于薄壁件的銑削加工變形問題，通常的辦法是在精加工后，在無進(jìn)給量的情況下切削幾次，這種方法能夠?qū)⒉糠謿堄嗖牧先コ绊懥肆慵募庸ば省１纠a(chǎn)品在加工時(shí)使用主動(dòng)優(yōu)化刀具路徑來補(bǔ)償銑削加工變形的方法，通過有限元模型計(jì)算工件的變形量，將變形量數(shù)據(jù)加載至UG軟件中，形成帶有補(bǔ)償功能的數(shù)控加工程序。而所謂的刀具路徑補(bǔ)償功能就是在有限元分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)加工變形量的大小，在數(shù)控編程時(shí)讓刀具在原有走刀路徑中按變形量附加，補(bǔ)償因?yàn)樽冃味a(chǎn)生的讓刀量，通過刀具補(bǔ)償，可以去除讓刀殘余材料，一次走刀就可以保證薄壁件壁厚的精度要求，從而達(dá)到加工薄壁件的目的。由于薄壁件加工是一個(gè)動(dòng)態(tài)的復(fù)雜過程，影響加工的因素還有很多，所以有關(guān)薄壁件加工變形問題還需進(jìn)一步研究。

數(shù)控電火花加工

數(shù)控電火花加工技術(shù)在模具制造、電子、儀器等部門用來處理各種復(fù)雜外形零件和難加工材料的加工問題。模具零件在制造前，根據(jù)本身的特性、加工要求來確定合理的加工工藝。為了使模具零件在盡量短的時(shí)間內(nèi)加工出來，減少加工本錢，提高加工效率，應(yīng)盡量選用銑削加工、線切割加工等工藝來加工零件。當(dāng)在銑削加工、線切割加工等加工不到或工件有特殊要求的情況下會(huì)使用電火花加工，如刀具難以夠到的復(fù)雜外表，需要深度切削的中央，長徑比特別大的中央，精細(xì)小型腔、窄縫、溝槽和拐角，不便于切削加工裝夾，材料硬度很高等，根據(jù)加工對(duì)象、精度及外表粗糙度等要求和機(jī)床功用選擇采用適宜的電火花成形工藝方法。

采用快速裝夾定位系統(tǒng)來制造電極是電火花加工的一種先進(jìn)工藝方法，它是將電極坯料裝夾在加工機(jī)床的裝夾系統(tǒng)上來制造，制造完成后，可直接將電極裝于電火花加工機(jī)床的快速裝夾系統(tǒng)上停止放電加工，給加工操作帶來了很大的便利，提高了電極的制造效率，也保證了電極的裝夾、定位精度。

電火花加工首先要進(jìn)行電極的設(shè)計(jì)、制造。當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）技術(shù)已普遍應(yīng)用于模具制造行業(yè)。本公司使用UG、MasterCAM軟件提供的強(qiáng)大的電極設(shè)計(jì)、編程功能，采用線切割加工電極，非常適宜2D電極的制造，可用來單獨(dú)完成整個(gè)電極的制造，或者用于銑削制造電極的清角加工。另外，薄片類電極用機(jī)械切削加工很難停止，而運(yùn)用線切割加工可以獲得很高的加工效率和加工精度；運(yùn)用慢走絲線切割機(jī)床，可以加工有斜度、上下異形的復(fù)雜電極，獲得很高的加工精度和外表質(zhì)量。

在電火花的加工過程中，電參數(shù)選擇的好壞直接影響加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)。選用電參數(shù)最終目的是為了達(dá)到預(yù)定的加工尺寸和外表粗糙度要求。選用電參數(shù)時(shí)，從根本上要考慮電極數(shù)目、電極損耗、工作液處置、加工外表粗糙度要求、電極縮放量、加工面積和加工深度等要素。粗加工參數(shù)選擇的主要根據(jù)是電極縮放尺寸的大小。粗加工電極的縮放尺寸普通都比擬大，可以選用安全間隙實(shí)現(xiàn)接近電極縮放尺寸的電參數(shù)。精加工參數(shù)選擇的主要根據(jù)是最終的外表粗糙度要求，選用多組電參數(shù)，放電能量從大到小停止平動(dòng)加工，達(dá)到外表粗糙度和加工尺寸要求。數(shù)控電火花加工機(jī)床有許多配置好的最佳成套電參數(shù)，自動(dòng)選擇電參數(shù)時(shí)，只需把所需要輸入的條件精確輸入，即可自動(dòng)配置好電參數(shù)。

模具制造技術(shù)在航空航天制造中的應(yīng)用

隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)將先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于模具制造，而且近幾年發(fā)展迅速，有了較好的業(yè)績，已開始從歐美市場(chǎng)承接訂單。但是數(shù)字化技術(shù)的普及還有待深入，模具行業(yè)發(fā)展水平尤其是復(fù)雜、大型的高精尖模具與歐美一些國家、日本相比還有很大差距。應(yīng)當(dāng)大力開展模具數(shù)字化制造技術(shù)的研究開發(fā)，使數(shù)字化制造技術(shù)普遍應(yīng)用于模具產(chǎn)業(yè)，用來改造傳統(tǒng)的模具產(chǎn)業(yè)。

20140410）