航空机匣壳体衬套精密镗削加工

吴泽刚+梁传宇

摘 要：对于航空产品专用的镁合金、铝合金、铜合金等低硬度金属材料，高精密内孔通常采用的加工工艺方法为镗削加工，能够获得空间孔特征的较高位置精度等级，但是内孔表面粗糙度等级只能稳定控制在Ra0.9-Ra1.2范围，无法达到粗糙度数值Ra0.2甚至更高的粗糙度等级。本课题通过采用单晶金刚石镗刀设计，利用常规加工中心对航空机匣壳体铜套内孔进行加工，实现了低硬度金属材料以镗削方式获得高于磨削精度等级的精密级加工。

关键词：单晶金刚石；镗削加工；精密加工

1 课题背景

某机型回油泵壳体为镁合金材质，图纸中φ18孔尺寸位置没有安装铜套要求，粗糙度要求为Ra0.25。铝合金、镁合金及铜质材料的传统加工方法有车、镗等，磨削是被认为提高表面粗糙度的有效工艺方法，但是对于此类软质材料无法实现工艺要求。目前采用传统镗削的加工方法，此类材质零件的粗糙度最好能够控制在（Ra0.9～Ra1.2）范围，无法满足设计图纸Ra0.25等级要求。

2 课题研究内容

2.1 课题研究的思路

针对铝、镁、铜等合金材质的机加工艺，粗糙度Ra≥0.9属于一般加工精度等级，粗糙度Ra≤0.2为精密及超精密加工等级。从产品的需要，目前航空机匣类产品设计精度等级有向Ra0.2≤Ra≤Ra0.9粗糙度区域发展的强烈趋势，而多数国内航空制造厂在此精度等级范围的工艺方法还属空白。

本课题将借鉴院所实验室的精密及超精密加工工艺方法，将其转移到航空制造领域，实现航空领域精密加工工艺方法的工程化应用，填补航空制造厂铝、镁合金机匣产品在（Ra0.2≤Ra≤Ra0.9）粗糙度精度区域内的加工工艺技术空白，提高航空传动机匣的制造水平。

2.2 课题研究的内容

2.2.1 刀具的准备

精密及超精密加工通常采用的刀具材质为单晶金刚石（天然），采用的加工方式为车削加工，加工的对象为铝合金、铜等软质金属材料，能够达到的粗糙度等级为纳米级（镜面光度）。采用车削加工的方式，机床床身作为参考体，工件为旋转体，能够实现较高的线速度，其优点是加工的表面精度更高，缺点是加工的零件结构单一，更适合于车削特征零件的加工。

铝、镁合金产品多为航空传动机匣类零件，主要以镗削加工为主，本课题采用精密镗削代替精密车削的加工方式，刀具为旋转体，其优点在于能够完成机匣壳体的孔系特征尺寸加工，缺点是镗刀刀尖线速度低，相对精密车削加工，加工的零件表面质量等级会受到一定影响，尽管如此，零件的理论表面粗糙度等级同样能够达到精密级。

2.2.2 工艺试验内容

（1）试验件的精密加工

经过与哈尔滨工业大学精密及超精密研究室协调，工大研究室进行铜棒外径精密车削加工，验证铜质材料精密加工后表面粗糙度等级情况，加工试件如图4所示。

东安厂工艺研究所采用镗削加工，使用大连科德数控有限公司生产的VGW800国产五轴加工中心，大昭和镗柄及镗头和新设计的单晶金刚石镗刀，对铜棒φ18内孔进行精密镗削加工，加工试件如图5所示。

（2）试验件的检测

对哈工大加工的铜棒试件进行目视对比检查，已经达到镜面光度，借助哈尔滨利峰厂借用其光学粗糙度仪检测，检测报告粗糙度数值Ra0.122。

对东安厂冷工艺试验室镗削加工的试件进行目视对比检查，粗糙度等级已经达到精密级，同时将试件在接触式粗糙度仪上进行表面质量检测，检测报告粗糙度数值为Ra0.145。

3 课题研究成果

3.1 精密级加工刀具

通过本课题的研究，解决了精密及超精密加工刀具的选用方法，同时，了解了此类刀具的制造过程及其结构特点，特别是对此类刀具的保护方法，本课题研究使用的专用精密镗削刀具如图6所示。

3.2 精密级加工工艺

国内多数航空制造厂对于铝合金、镁合金及铜等软质材料的机加等级还处于一般粗糙度等级（Ra≥0.9），无论是车削加工还是镗削加工，传统的机加方法都无法达到精密级粗糙度等级（Ra≤0.2），本课题的研究成果填补了航空传动铝镁合金机匣精密级加工的技术空白。

3.3 型号制造难題解决

公司承担的某型机回油泵壳体衬套内径φ18孔表面粗糙度要求Ra0.25，目前，车间采用传统的镗削加工方法，表面粗糙度只能控制在（Ra0.9～Ra1.2）范围左右，无法满足设计要求。本课题的研究成果，直接应用于产品的加工，解决了航空产品的制造技术难题。

参考文献

[1]徐秉铨.航空制造工程手册-发动机机械加工[M].北京：航空工业出版社，1997，12.

[2]郭洪.航空制造工程手册-工艺检测[M].北京：航空工业出版社，1993，12.

作者简介：吴泽刚（1984-），男，汉族，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向：航空制造技术。