铝合金薄壁结构件的高效加工技术

2013-08-12马宁宇

河南科技 2013年8期

马宁宇

(中航工业沈飞数控加工厂，辽宁沈阳 110850 )

随着飞机性能要求的进一步提高，现代航空工业中大量使用整体薄壁结构零件。其主要结构由侧壁和腹板组成，结构简洁、尺寸较大、加工余量大、相对刚度较低，故加工工艺性差。在切削力、切削热、切削振颤等因素影响下，易发生加工变形，不易控制加工精度和提高加工效率。加工变形和加工效率问题成为薄壁结构加工的重要约束。

1 薄壁腹板零件数控加工工艺

1.1 质量制约因素

腹板超薄类零件在我们实际零件机加过程中经常会遇到，在切削过程中，由于切削力的作用腹板会发生弹性变形，当大部分加工余量被去除后，随着厚度的逐渐变薄，腹板在加工过程中的颤动逐渐变得明显，通常变形量会成抛物线状变化，在加工条件一定的情况下，壁厚越薄变形越严重，产生的误差也越大。

因腹板在切削加工中颤动影响会出现诸多质量问题:例如，腹板出现颤纹，表面光度不好;厚度尺寸不符合公差要求，零件报废等等，因此对于薄壁腹板结构的加工，关键问题就是要解决在切削力作用下的弹性变形。

1.2 解决措施

通过实践验证，我们总结了以下工艺方法可供参考:利用真空铣夹具吸附;在腹板底部增加辅助支撑;针对底部无支撑的薄壁腹板，粗铣后留有一定余量，可让铣刀从试件中间位置斜摆进刀，在深度方向铣到最终尺寸，然后一次走刀由中间向四周螺旋扩展至侧壁;刀具轨迹避免重复，以免碰伤切削瞬间变形的表面。

1.3 典型零件案例

1.3.1 零件介绍。前缘;毛料为铝合金板材(7050 T7451 δ60)，属典型的超薄腹板类零件，腹板厚度仅为1.5mm(公差±0.2)，零件外廓:700 ×600，腹板中间有4 处通槽，降低了腹板的刚性，给机加增加了难度。

1.3.2 加工控制方案。在此零件的腹板精加工过程中我们采用的是自制专用真空吸夹，结构形式如图所示。首先将反面加工到位后进行真空吸附，再进行正面的切削。粗加工完成后，腹板留有1mm 余量，再精加工到位，为保证腹板整体强度，通槽最后铣切，并留有0.2～0.3 余量保证吸附完全。

自制专用真空吸夹示意图

1.3.3 实施效果。通过真空夹具吸附，大大提高了腹板刚性，有效的抑制了加工中的弹性变形，最终腹板壁厚尺寸及表面质量完全达到设计要求。

2 薄壁缘条零件数控加工工艺

2.1 质量制约因素

在薄壁缘条的数控切削过程中，随着零件壁厚的降低，零件的刚性减低，加工变形增大，容易发生切削震颤，影响零件的加工质量和加工效率;

对于较深的型腔和侧壁的数控加工过程中，切削颤动会显的特别明显，随着切深的增加，颤动的加剧，工件与刀具之间会有明显异响，切削表面同样会有颤纹、表面粗糙等现象，有的甚至导致壁厚超差。

2.2 解决措施

对于侧壁的铣削加工，在切削用量允许的范围内，采用大径向切深，小轴向切深分层铣削加工，充分利用零件整体刚性，进行稳定加工。如遇颤动或变形极为严重的，为防止刀具对侧壁的干涉，可以选用或设计特殊形状的铣刀，以降低刀具对工件的变形影响。

1)侧壁满刃一刀切的方法也是对待侧壁切削中取得较好的效果。其思路是粗加工侧壁结束后留有较小的余量，最后在侧壁两侧进行满刃一刀切削，较小余量可控制在0.5mm～1mm 之间，根据实践也可更小，目的是为了降低切削力，而满刃切削目的一方面是增大工件与刀具之间接触面积，提高刚性，另一方面是避免分层切削而导致多次光刀的影响。该方法针对深腔和较高的侧壁加工效果会更好，切削表面会有较高的完整性。

2)侧壁两侧等高环切方法，其思想在于在切削过程中，尽可能的应用零件的未加工部分作为正在铣削部分的支撑，使切削过程处在刚性较佳的状态。