大型鋁合金航空結構件加工

2014-10-12 05:56:28湖北航宇嘉泰飛機設備有限公司工藝室主任張兆新

金屬加工(冷加工) 2014年15期

湖北航宇嘉泰飛機設備有限公司工藝室主任張兆新

圖1所示為航空結構件，原材料7050—T7451，采購進口鋁板作為毛坯。主要特點：①尺寸較大，最小包容體尺寸為952.98 mm×589.28 mm×100.33 mm。②結構較復雜，包含大量的深腔、曲面、薄壁、側孔、斜孔及局部倒扣等結構，圖樣尺寸400余個。③零件精度要求較高，襯套安裝孔、軸承安裝孔的孔徑公差僅0.01 mm；各孔位置精度要求0.1 mm；其中基準面在623 mm×423 mm的范圍內要求平面度達到0.2 mm。④零件通用機械加工表面粗糙度值Ra=3.2 μm，襯套和軸承安裝孔表面粗糙度Ra=0.8 μm。

攻關重點：①合理利用邊角料，降低材料費用。②合理安排工藝方案。產品屬典型大尺寸、薄壁、復雜結構航空零件，需合理、詳細規劃工藝路線，合理安排各工序加工內容、加工設備和裝夾方法。③數控程序編制。以UG進行數控程序編制。編程工作分粗編制和精編制兩步。粗編制階段按工藝方案進行大概編制，并模擬加工，進一步論證工藝路線、裝夾方式（工裝夾具方案）和加工內容劃分的合理性；精編制階段完善每步加工內容，調整數控程序各要素。

工藝方案

（1）合理利用邊角料：該零件毛坯尺寸990 m m×609 mm×110 mm，材料去除率97%，單件毛坯價格約16000元。必須合理利用邊角料，提高材料利用率，降低成本。根據單價、零件數量及各零件毛坯尺寸，安排相同材料零件套料方法示意如圖2所示。套料后，每件毛坯可用于其他零件材料費用約5672元。

圖1 零件結構示意圖

圖2 套料示意圖

（2）加工效率：采用排孔落料后，材料去除率仍然達93.6%，去除量達3035000 mm3。需去除材料主要集中在圖3所示的方框內，影響粗加工效率。

圖4中區域是制約精加工效率的瓶頸，尤其是深腔部分。這些區域均為斜面，需要以球頭刀或牛鼻刀以0.15～0.30 mm的步距加工；深腔底部需要使用長度80 mm以上、φ12 mm以下的刀具加工，加工效率較低。

圖3 需去除材料集中區域

圖4 精加工耗時較多的區域

（3）該零件的圖樣要求均在通用機械加工可達到的精度等級內，保證加工質量的重點在于控制零件變形。圖5橢圓區域是主要變形區域。

（4）工藝方法以數控銑削為主，鉗工為輔。①圖6所示的孔，因數控設備無法完成，由鉗工制孔。②圖7所示區域以及一些曲面法向孔、側面孔等無法在三坐標加工中心中制出，由五坐標加工中心完成。

（5）綜合套料、效率和質量確定加工路線：采用正反兩面各一次粗加工、型腔側一次半精加工、型腔側一次精加工完成三坐標加工中心內容，使材料內應力逐步釋放，減小最終變形。

采用圖8所示的定位夾緊方式：圓柱體是工藝臺，其中兩個工藝臺上制出定位孔，實現各步工序間統一的定位基準；其他工藝臺上制螺紋孔，以螺栓聯接長方體所示標準塊，使用壓板壓緊標準塊實現零件夾緊。

裝夾方式優點：①夾緊力作用于標準塊，避免零件直接承受夾緊力引起夾緊變形。②裝夾比較簡單、操作方便，6副壓板即可完成夾緊操作，降低操作強度、提高工作效率。③數控程序編制無需考慮夾具避讓及換壓，簡化編程工作。④無需換壓，降低非加工操作時間，提高機床利用率。⑤可根據零件變形情況修正工藝臺，使每步工序零件均處于自由變形狀態下，由多步工序逐步減小內應力等因素引起的變形。

設計最終精加工工裝如圖9所示，用于去除工藝臺。