相比较传统制造行业,航空航天业的被加工材料具有更高的强度,高温合金、耐热合金、钛合金等无一不是难加工材料。同时,零件本身的高昂价格和数量少也决定了:加工方案的首要要求是保证稳定,保证质量,不允许出现加工报废。
起落架的主要材料是高强度钢、铝合金、钛合金等,随着飞机制造技术的发展,更轻、强度更高、体积更大已经形成了一个趋势。这样,其加工的难度也不断提高,不夸张地说,它一直在挑战着机床、刀具以及编程技术。从传统机床到数控机床、多轴加工中心以及现在的车铣中心,随着机床技术以及零件材料的进步,加工工艺也在逐步地发生变化;对刀具的要求也是不断提高的,其中一些典型例子有:
图1 图2
传统钻-扩-铰,到如今的粗、精镗孔;
传统的长钻头两头钻深孔,到如今的深孔枪钻一次完成;
传统的成型板钻加工深孔底部形状,到如今深孔镗刀多次走刀车内孔形状;
传统的玉米铣刀逐步被高进给、小切深的刀具替代;
传统的硬质合金铣刀精铣轮廓,到如今可换式精铣刀加工;
……
如今的加工技术让我们眼花缭乱,刀具的快速发展也使得传统工艺中的难点轻松解决,下面本文将以几个案例来阐述新型刀具在起落架加工的应用:
案例一:加工某零件(如图3)
图3
材料:Ti5553;
加工工序:铣侧立面,宽度123mm;
要求:Ra1.6,目视检查无接线。
分析材料后知道,Ti5553是一种近似b相钛合金材料,其热处理后硬度超过HRC50,加工硬化现象非常严重,属难加工材料。
最初的常规方案是采用玉米铣刀粗加工后留0.3mm余量,再用8刃D32硬质合金铣刀,刃长 130mm总长220mm,材料K10,螺旋角15°,最后精加工,加工结果很不理想,刀齿崩刃非常厉害,后改用4刃刀具,崩刃情况有所好转,但加工两个面后,表面粗糙度已经达不到要求了,需要换刀,重磨后的刀具寿命更差,基本上只能加工一个面,生产成本很高。
最后经过多方比较,选中了山特维克可乐满新开发的精加工长刃铣刀(图1),进行了大量的试切,最终取得了成功。
我们知道,一般铣刀由于刀片之间的定位误差,造成加工的表面始终没办法达到整体刀具的粗糙度,而山特维克可乐满出人意料地将刀片之间的定位精度缩小到0.005mm以下,由于刀片之间极高的定位精度,使得其加工表面可以匹敌整体/焊接刀具的表面加工质量,实际的切削中,我们得到的表面质量约为Ra1.0左右,稍微低于硬质合金的加工效果,完全满足要求,这样我们的成本节省了68%,效率提高了20%左右,更重要的是避免了因刀具质量不稳定造成零件报废的危险。
这种刀具解决了一向困扰我们的整体刀具切削不稳定、成本高昂、修磨后切削性能下降等问题,不失为一种整体合金刀具的理想替代刀具,应该大力推广。
案例二:加工某零件(如图4)
图4
材料:300M;
加工工序:加工内孔,孔口直径D86.61,孔深545,孔底部圆弧R19.05,10°斜度;
要求:Ra1.6,目视检查无线,浇模检查无明显接线。
经过分析,由于300M强度高,切削力大,让刀现象严重,而且深孔加工排屑困难,底部圆弧处接刀要求高。原来国外最初采用的工艺方案为:
数控铣床——加工台阶定位孔D76.5、D62;
深孔钻床——深孔钻加工并扩孔钻扩孔至(图5)尺寸;
图5
数控车床——用深孔镗刀加工内孔至D78.4;
数控车床——成型板钻加工底孔(图6);
图6
数控车床——车形状完成。
这种工艺方法存在不少问题:零件在不同机床转移,造成很多非加工时间和装夹准备时间。这是很大的浪费,成型板钻价格高昂,而且加工精度底,况且平底钻削,轴向力非常大,时常造成机床过载“闷车”,另外圆弧接刀处修磨困难,质量不稳定,一旦出现接线,难以通过打磨等方法处理,是一个老大难问题。
经过研究后,作出如下改进:
采用肯纳金属公司生产的HTS钻(图2)代替深孔钻,取消深孔钻床和前面的铣床加工工序,仅使用一台数控机床加工完成;
采用标准镗头加工内孔,去除多余的余量;
采用非标深孔镗头,直接加工出底部形状。
这样,虽然非标镗头切削效率低,但是节省了几道工序,使得整个加工时间大大缩短,镗刀的高精度也避免了接刀线的产生,其让刀用程序补偿消除,保证了稳定的品质。
通常情况,航空业由于其本身控制体系的严密性,文件审批手续烦琐,造成很多新技术、新思想实施较慢,有的加工工艺十几年一直不变,但是从上面两个例子我们看出,高效率与高精度的刀具对生产效率的提高是有很大潜力可挖的,尤其是整体刀具有很大的可替代空间,正逐渐被可转位刀具代替。所以,只要我们坚持不懈的走改善的路线,大胆设想,小心求证,逐步地实施,终究会使整个行业上一个新的台阶。