關(guān)于復(fù)雜形體鈦合金零件加工工藝的分析

谷巖巖 張磊 郭巖

摘 要：考慮到飛機(jī)制造的特殊性，其通常會選擇使用具有較高性能的鈦合金零件。而加工工藝的選擇與使用則直接決定著鈦合金零件的整體質(zhì)量水平與使用性能，因此本文將以飛機(jī)異形梁中的鈦合金零件為例，在簡單說明飛機(jī)鈦合金零件優(yōu)勢特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)異形梁鈦合金零件的結(jié)構(gòu)特性，著重圍繞基于復(fù)雜形體鈦合金零件的加工工藝進(jìn)行簡要分析研究。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)異形梁;鈦合金零件;加工工藝

0引言

由于鈦合金材料自身具有較高硬度且缺乏較高的導(dǎo)熱系數(shù)與彈性模量等特性，使得鈦合金零件加工難度相對較大。因此探究基于復(fù)雜形體鈦合金零件的加工工藝，不僅可以有效幫助人們正確認(rèn)識鈦合金材料及其在飛機(jī)制造中的重要作用，同時也可以為飛機(jī)復(fù)雜形體的鈦合金零件加工提供必要的理論參考。

1飛機(jī)鈦合金零件的優(yōu)勢特點(diǎn)分析

在飛機(jī)零部件中運(yùn)用鈦合金材料，相比于使用傳統(tǒng)鋼材料，鈦合金零件的強(qiáng)度與熱強(qiáng)度更高，密度也相對更小。正常情況下，鈦合金材料的密度為60%的鋼密度，受此影響，即便面對300℃到500℃的高溫環(huán)境，采用鈦合金材料制備而成的飛機(jī)零件也并不會產(chǎn)生形變情況。此外，鈦合金還具有良好的耐寒性與耐腐蝕性，有數(shù)據(jù)顯示，在溫度達(dá)到零下196℃時，飛機(jī)鈦合金零件仍然可以保持至少1200Pa的抗拉強(qiáng)度。使用鈦合金零件下，飛機(jī)在長時間飛行時，與空氣相互接觸也并不會受其影響而導(dǎo)致飛機(jī)表面出現(xiàn)被腐蝕的情況，有助于提高飛機(jī)整體飛行安全可靠性。而鈦合金材料本身具有導(dǎo)熱系數(shù)較小的優(yōu)勢特點(diǎn)，也可以將飛機(jī)零件出現(xiàn)故障問題的可能性降至最低，防止飛機(jī)零部件因?qū)徇^高而對其他零件正常使用造成不良影響。

2飛機(jī)異形梁鈦合金零件的結(jié)構(gòu)特性

為有效探明基于復(fù)雜形體的飛機(jī)鈦合金零件加工工藝，本文將選擇以應(yīng)用在飛機(jī)異形梁中的接頭類鈦合金零件為例。此類鈦合金零件選用了TC4-DT材料，零件的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，首先位于零件耳片處的錐孔對孔位與孔徑的精度要求極高，且因其為雙向錐孔，要求兩孔的軸度保持高度一致。其次，在飛機(jī)異形梁接頭類鈦合金零件中，設(shè)有雙耳片結(jié)構(gòu)，要求耳片具有較高的平面度，且耳片之間必須相互平行。

3復(fù)雜形體下的鈦合金零件加工工藝要點(diǎn)分析

3.1雙向錐孔加工工藝

3.1.1工藝方法

結(jié)合該飛機(jī)異形梁接頭類鈦合金零件的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在對其進(jìn)行加工時，需要重點(diǎn)對鈦合金零件的雙向錐孔、深窄雙耳片槽以及結(jié)構(gòu)閉角特征等進(jìn)行高效加工。在對基于復(fù)雜形體的飛機(jī)異形梁接頭類鈦合金零件的雙向錐孔進(jìn)行加工時，由于傳統(tǒng)的鉆擴(kuò)絞加工工藝與車削加工工藝，雖然具有較好的同軸度與垂直度，且可以有效保障錐孔尺寸、錐孔光潔度與深度等均與規(guī)定加工標(biāo)準(zhǔn)要求相符，但由于在實(shí)際使用傳統(tǒng)錐孔加工工藝時，受到加工工藝自身局限性的影響，容易出現(xiàn)刀具與零件相互碰撞，損壞刀具與彎頭或是難以有效把控旋轉(zhuǎn)重心等問題，進(jìn)而大大增加鈦合金零件加工的危險性，同時也不利于切實(shí)保障零件具有較高的加工成效。因此在綜合考慮下，本文選擇采用鏜削加工這一工藝技術(shù)對該復(fù)雜形體的飛機(jī)鈦合金零件進(jìn)行高精度雙向錐孔加工。在實(shí)際運(yùn)用該項(xiàng)加工工藝技術(shù)時，需要相關(guān)工作人員首先需要使用直徑為28mm的U鉆制錐孔底孔，將精鏜底孔調(diào)整至椎31±0.1mm后，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對U軸刀架進(jìn)行規(guī)范安裝。在選用相適宜的鏜刀后根據(jù)既定程序粗鏜錐孔，并使用專用塞規(guī)對錐孔的深度、貼合度進(jìn)行嚴(yán)格檢查，最后按順序精鏜錐孔并重新檢查錐孔深度與貼合度，確保其與加工規(guī)定要求相吻合即可。

3.3結(jié)構(gòu)閉角特征加工

3.3.1刀型選擇

在飛機(jī)鈦合金零件加工中，不僅需要注重保障零件具有較高的加工質(zhì)量，同時也需要對飛機(jī)零件自重予以嚴(yán)控，因此在許多飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件設(shè)計中均會選擇使用閉角結(jié)構(gòu)設(shè)計的方式。同樣在本文提出的飛機(jī)異形梁接頭類鈦合金零件中，也采用了閉角結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，而在零件閉角加工時，通過充分結(jié)合零件結(jié)構(gòu)的具體特性以及實(shí)際加工需要，選擇使用錐度銑刀這一刀具完成加工操作[1]。該種刀具的柄部與切削部位分別成圓柱狀與圓錐狀，結(jié)合相關(guān)研究資料可知，當(dāng)錐度銑刀的柄部分別為直徑為12mmh6和10mmh6倒錐刀時，其對應(yīng)的閉角切削量的最大值分別為2mm與3mm。錐度銑刀所使用的刀具材料為K44UF，其底部直徑均為3mm，刀具齒數(shù)為4，刀具旋向統(tǒng)一為右旋，其螺旋角為30°。根據(jù)刃長與刀長的不同，倒錐銑刀的類型也不盡相同，如常見的倒錐銑刀有兩種刃長，分別為18.7mm與8mm，工作人員可根據(jù)實(shí)際需要加工的飛機(jī)鈦合金零件結(jié)構(gòu)情況合理選擇相適宜的倒錐銑刀用以有效完成零件結(jié)構(gòu)閉角特征的高精度加工。

3.3.2數(shù)控加工

在實(shí)際對基于復(fù)雜形體的飛機(jī)鈦合金零件閉角結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工時，為有效提升加工效率，同時保障加工具有較高精準(zhǔn)度，本文選擇采用數(shù)控加工的工藝形式。首先，通過利用專業(yè)的編程軟件及其自帶的建模功能，直接在軟件中構(gòu)建相應(yīng)的錐度銑刀模型，并根據(jù)飛機(jī)鈦合金零件的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，完成零件閉角特征加工程序的編制。其次，為了能夠?qū)︹伜辖鹆慵]角結(jié)構(gòu)加工進(jìn)行仿真模擬，同樣也需要工作人員結(jié)合實(shí)際情況運(yùn)用如VT等性能卓越的數(shù)控加工仿真軟件，于軟件中完成錐度銑刀仿真模型的建立，并通過直接利用軟件中的仿真加工應(yīng)用功能，對鈦合金零件進(jìn)行仿真加工即可。值得注意的是，因在對鈦合金零件閉角結(jié)構(gòu)加工時選用的是倒錐刀，故而在實(shí)際加工時應(yīng)當(dāng)選擇三坐標(biāo)行切的加工方式。考慮到錐度銑刀缺乏較大剛度值，工作人員在具體加工過程中需要對錐度銑刀的實(shí)際使用情況進(jìn)行嚴(yán)格觀察，防止發(fā)生滿刀的情況。在對鈦合金零件閉角進(jìn)行粗加工時，需要工作人員嚴(yán)格按照相關(guān)加工規(guī)范，在內(nèi)形中預(yù)留出0.3mm到1mm的均勻余量，并對切削力進(jìn)行有效控制，使其可以具有良好的穩(wěn)定性。

4結(jié)束語

總而言之，在對飛機(jī)形體復(fù)雜的鈦合金零件進(jìn)行加工時，需要相關(guān)工作人員切實(shí)結(jié)合零件的具體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，嚴(yán)格遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求與加工規(guī)范，合理選擇相適宜的加工工藝，并重點(diǎn)加強(qiáng)對刀具、加工參數(shù)的選用與控制。在對整個加工流程進(jìn)行全程嚴(yán)格控制下，有效完成鈦合金零件加工工作，并切實(shí)保障鈦合金零件具有較高的加工成效。

作者簡介

[1]黃宇峰，左敦穩(wěn)，徐鋒，羅偉.基于刀具磨損的鈦合金薄壁件加工變形研究[J].機(jī)械制造，2015，53（05）：70-72.

（1.沈陽沈飛民品工業(yè)有限公司;2.空軍裝備部駐沈陽地區(qū)軍事代表局駐沈陽地區(qū)第一軍事代表室）