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钛合金航空结构件高效加工技术

   2016-05-26 IP属地 陕西4740
  1 钛合金铣面加工
  对合金零件进行铣面加工时,采用小切深、大进给的铣削方式获得高效加工。大进给铣削的原理是通过减小刀具主偏角,使刀具在很高的进给下仍然能保持很小的切屑厚度,以减小高进给时的切削力,实现在低切削速度下获得很大的进给量,增加单位切深下的金属切除率。在同样的切屑厚度下,大进给铣刀的进给量接近普通圆柱立铣刀的6倍,大大进步了金属切除率。同时由于该类刀具切削时其切削力部分垂直向上,切向力较小,消耗的功率也较小,因此该加工方法对机床的功率和刚性要求不高,应用非常广泛。
  粗加工过程中,尽量保证刀刃持续稳定切削,刀具轨迹应当尽量消除尖角,在转弯处应当适当加圆角,使得加工过程更为平稳,一般圆角半径不小于刀具直径的15%。
  2 钛合金槽腔加工
  槽腔是钛合金航空结构件的一个主要特征,材料往除率高,工作量大,因此槽腔加工是实现钛合金零件高效加工的关键(见图6)。大切深、低转速、低进给的强力切削以获得最大金属往除率是钛合金粗加工的有效方法。目前粗加工钛合金的强力铣削刀具以玉米铣刀的效率最高而得到广泛采用。例如山特维克玉米铣刀切槽试验时,最大切深可达109mm,最大切宽可达66mm,其金属往除率高达409cm3/min。
  对于槽腔粗加工的加工工艺方法,一般先采取U钻预钻孔,然后再用玉米铣刀往除余量,可以获得很高的金属往除率。
  3 圆角加工技术
  为减轻飞机重量,飞机结构件的槽腔转角处圆角通常较小,需要用直径较小的铣刀进行加工。由于在圆角处切削量突变,导致切削力变化非常大。在切削力突变的情况下,刀具轻易产生振动,甚至出现崩刃现象,导致刀具磨损严重,加工效率低下。
  传统的圆角加工策略是通过细化轨迹的方法来避免圆角处加工振动的题目,其缺点是轨迹过多,效率比较低下,圆角的加工占掉30%甚至更多的精加工时间。插铣是解决转角加工效率题目的最佳途径。插铣是一种沿刀具轴向进行的类似于钻孔的一种轴向铣削方法,由于插铣的走刀方向沿着刀轴方向,所以其切削力大部分将沿着刀轴方向,径向切削力很小,因而在插铣时比常规铣削振动小,而且其走刀方式往除转角余量的效率高。通过不同直径的插铣刀具对转角处进行插铣,可切除大部分转角余量,再用立铣刀对插铣产生的残留进行清除,可以大幅度进步加工效率。
  4 精密侧铣技术
  在传统切削方法中,切削速度基本在40~60m/min,钛合金的高速铣削将其切削速度定义在120m/min以上。在精加工侧壁的时候,利用铣削的断续性来达到高速切削的目的,以进步零件表面质量及加工效率。精加工侧面的时候,由于切宽小,刀齿每转过一周的切削时间很短,即冷却时间很长。在冷却充分的情况下,其切削温度能得到有效地控制,因而可以大幅进步切削速度来进步加工效率,如图7、图8所示。
  用PVD涂层的整体硬质合金铣刀或超密齿硬质合金铣刀进行钛合金的高速切削精加工,可以大幅进步加工效率和加工精度。
  5 仿真优化技术
  钛合金飞机结构零件加工特征复杂,在粗加工时切削余量会不断变化,如转角部位的余量突变等。目前的CAM软件所编制的NC程序往往只能设置固定的切削参数,为了避免局部程序由于切削量过大造成对刀具、机床的冲击,通常方法是通过降低整体切削参数来保证刀具寿命和零件质量,从而加工效率极为低下。基于Vericut的仿真优化技术则可很好地解决该题目。通过Vericut软件设置切削参数优化库,并用软件进行仿真,通过仿真对实际加工余量和切削条件进行猜测,根据加工余量和切削条件对程序中的切削参数进行优化。既延长了刀具寿命,保证了零件质量,也进步了加工效率。
 
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