超高速加工在航空制造中的應用研究

馮揚

摘 要 文章主要針對超高速加工在航空制造中的應用進行深入研究，首先簡單介紹超高速加工技術，其次闡述超高速加工在航空制造中的應用要求，并以此為依據，分析超高速加工在航空制造中的應用，其目的在于有效提高航空制造的加工效率和質量。

關鍵詞 超高速加工;航空;制造;應用

新時代發展背景下，機械制造業為能提高生產率和獲取較多利潤，先進制造技術的應用范圍越來越大，而超高速加工技術作為先進制造技術的重要組成部分，主要運用超硬材料的刃具，通過提高切削速度和進給速度，來提高材料的切除率和加工精度，該項技術已經得到了廣泛應用。常見的超高速切削各種材料的切速范圍為：鋁合金已超過1600m/min、鑄鐵為1500m/min、超耐熱鎳合金達300m/min、磨削250m/s以上等等。基于此，將以超高速加工技術為依據，對超高速加工在航空制造中的應用，展開以下分析。

1 背景介紹

超高速加工理論最初由德國提出，然后在20世紀60年代后，由美國科技界與工業界，對其機理和應用展開了深入分析工作。伴隨社會經濟的不斷發展，因高強度與高熔點刀具材料與超高速電主軸的成功應用，用于高速進給的直線電動機伺服驅動系統的應用和相關配套技術也日益完善，而后在德國、日本、美國、意大利等國家中應用，并且在此背景下迅速開創了高速加工時代，使得越來越多的高速機床和高速加工技術，被運用在制造部門中[1]。而且相比較一般磨削而言，超高速加工技術的特點，主要體現在以下幾個方面：首先，在航空制造中運用超高速加工技術，能把硬脆的材料實現延性域磨削，而對高塑性和難磨材料而言，則是能獲取到較好的磨削效果，主要適用于易熱變形的工件中;其次，能夠有效提高生產效率，但是高速切削主要運用高壓大流量冷卻的方式，該方式會對環境造成污染，同時，還存有提高生產成本和減少刀具耐用度等問題;最后，超高速加工技術具備的特點，還體現在砂輪耐用度高，延長使用壽命等多個方面。

此外，高速加工屬于制造業發展中的新技術，特別是在工業發達國家，高速切削屬于全新的切削加工理念，其優勢主要體現在：加工時間能縮短約70%，進給速度會提升約7倍，材料去除率約提升4倍，且刀具耐用度也會提升約70%，切削力度減少約30%等多個方面。

2 超高速加工在航空制造中的應用要求

在航空制造中應用超高速加工技術，提出的要求主要體現在機床、主軸、刀具三個方面。

首先，針對機床提出的要求分析。高速加工的機床需要滿足以下幾點要求：第一，機床應當具有較大的功率要求，并且機床主軸加速度大;第二，應在航空制造中，為機床配備高速主軸、高速進給滾珠絲杠及快速響應數控等系統;第三，所選擇的材料需要以聚合混凝土為主，從而運用在航空制造中。在航空制造中需要滿足超高速加工，并且該結構針對機床的結構振動衰減作用，是鑄鐵或純焊接鋼結構的八倍，因振動的減少，促使馬達的熱穩定性逐漸提升[2]。但是，在高速加工的過程中運用線性馬達，會有效推動高速加工技術的發展，而且若是直接驅動線性馬達的話，還能在提高加工質量的基礎上簡化結構，從而達到較高的加工速度，使其變化不會超出0.01%。

其次，針對主軸提出的要求分析。常見的主軸轉速約為40000～50000r/min，整體制造法能夠有效減少軸向推力約50%，同時還能有效減小工件變形等問題，但是主軸的速度是否能提高，主要受軸承零件的限制。

最后，針對刀具提出的要求分析。刀具應具有一定的平衡穩定性能，所以，需要使用對稱夾鉗、熱夾鉗與收縮夾鉗固定刀片，同時，刀具還要具有一定的直徑，只有通過試驗且確定的經驗，才能設置最大切削速度，進而確保生產過程中的安全性。

3 超高速加工在航空制造中的有效應用

據目前發展現狀可看出，飛機內使用的零件都是以“整體制造法”為主，所謂“整體制造法”是指在整體上以“掏空”加工的形式，形成多筋薄壁構件，其金屬切除量比較大，因具備這一特點，所以需要運用超高速加工技術。在航空制造中運用超高速加工技術，是近幾年航空制造業發展的趨勢之一，因此，在20世紀90年代中后期的時候，很多制造商都在航空加工制造的過程中，增添了先進的多坐標高速數控銑與加工中心使用的鋁、鈦、鋼等材料。

基于新時期發展背景下，國內很多航空工業的幾大主機廠，都在加工制造的過程中引入了全新的高速數控加工設備，并且還在機床應用、刀具選擇等方面取得了成就與進步?；诖?，為有效減輕重量和滿足現代化發展需求，部分航空制造企業都在飛機結構零件中運用薄壁細筋結構。針對此類問題的解決途徑就是提高切削速度和進給速度[3]?；诖耍梢栽诤娇罩圃熘羞\用超高速加工，實現“整體制造法”。此外，為了能有效提高可靠性與降低成本，還可以通過把原有零件連接而成的組件，整改成為運用整體實心材料高速加工而后才能，從而提高生產效率與生產質量，發揮出制造成本降低的作用。

4 結束語

綜上所述，超高速加工給機械制造業帶來了全新挑戰，其吸引力就在于實現高速加工的同時，把原有普通數控難以達到的加工精度和表面質量，合理運用在航空領域中。在航空制造中應用超高速加工，不僅能提高零件加工質量、縮短周期，同時還能縮短新機種的開發周期，是航空制造業提高加工效率和質量的主要途徑。

參考文獻

[1] 鄭小燕，王程，文瑞虎.應用于超高速制導炮彈的介質波導天線[J].探測與控制學報，2018，40（3）：40-44.

[2] 徐偉，王永鵬，李昆.航空制造企業工藝數據管理研究[J].新技術新工藝，2019，（5）：19-25.

[3] 杜江，劉航，白瑀.基于關聯規則的航空制造業知識管理研究[J].知識管理論壇，2019，（3）：52-53.