鈦合金精度孔加工 實現(xiàn)動部件高效生產(chǎn)
2016-12-29 來源：山高刀具 作者：-
山高刀具助力中航工業(yè)昌飛智能制造試點成功
發(fā)展通用航空產(chǎn)業(yè)，一直是中航工業(yè)的既定目標之一。在這其中，直升機以無需場地垂直起降的獨特飛行方式，在搶險救災(zāi)、護林巡防等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。作為完全依靠巨大的旋翼提供升力及操縱的飛行器，以槳轂為主體的動部件制造被稱作“直升機制造皇冠上的明珠”。為了攻克這一難題，解決動部件加工瓶頸并提升產(chǎn)能，中航工業(yè)昌飛搭乘“中國制造2025”的順風(fēng)車，以智能制造和智慧制造為最終目標，進行了生產(chǎn)布局的調(diào)整，興建了現(xiàn)代化的數(shù)控加工中心、復(fù)合材料生產(chǎn)線以及現(xiàn)代化的直升機生產(chǎn)線，形成本部和呂蒙兩大生產(chǎn)區(qū)，為中國直升機產(chǎn)業(yè)發(fā)展添磚加瓦。
直升機動部件需承擔(dān)槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力、操縱力以及各種交變力矩，自身需要過硬的剛性以及良好的裝配動平衡性。因此，作為連接各動部件的孔系，需要保證極高的孔徑精度（H7及以上）、較好的表面粗糙度（鈦合金一般需要達到Ra1.6），以及相對較高的位置精度（見圖1）。因此，孔系的精加工一般作為動部件加工的最后一道工序，由精密機床配合高性能刀具來完成。在孔系的精加工中如稍有不慎就會導(dǎo)致零件超差報廢，前功盡棄，功虧一簣。
圖1 動部件精度孔的加工需保證嚴格的孔徑和表面粗糙度
高效刀具解決方案締造卓越品質(zhì)
受限于鈦合金材質(zhì)，動部件的精度孔無法采用磨削加工。在孔加工中，鏜鉸為最常見的加工方式，昌飛在動部件精度孔的加工中也大量采用了鏜削加工。在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下，昌飛通過不斷的實踐，總結(jié)出了一套鈦合金精加工刀具解決方案，實現(xiàn)了動部件的高效生產(chǎn)。
刀具的選擇。鏜刀是精密孔加工中不可缺少的重要刀具，精密鏜孔能夠達到很高的尺寸精度和良好的表面粗糙度。目前使用的主流鏜頭均采用絲杠原理調(diào)整刀具直徑，結(jié)構(gòu)大同小異，因此鏜頭在加工過程中反復(fù)進退的定位精度十分重要。經(jīng)過多次實踐，昌飛最終選用了山高的A76002鏜頭，其微調(diào)精度（在直徑方向上 ）可達2.5µm，徑精度最高可以實現(xiàn) IT5，是用于孔的幾何形狀和表面粗糙度全面控制的高剛性刀具（可以達到 Ra 0.6）。為了確保刀具的剛度，A76002采用“圓柱和法蘭”的刀具夾持設(shè)計，可以實現(xiàn)更高的速度、更高的生產(chǎn)率、更高的精度和更好的表面粗糙度。可精密動平衡的A76002允許采用更高的速度，改善孔的幾何形狀和減小機床主軸的應(yīng)力。
圖2 A76002鏜頭配合鏜桿具有2～20mm的鏜削覆蓋以及較大的刻度盤
刀片的選擇對于鈦合金孔加工有著直接影響。優(yōu)秀的鏜削刀片可以在較廣的切削參數(shù)范圍內(nèi)保持良好的表面粗糙度和圓度，并能有效減少深孔鏜削產(chǎn)生的讓刀現(xiàn)象。為此，昌飛在試切過程中針對刀片圓角、涂層及不同斷屑槽進行對比試驗后，結(jié)合操作工的使用感受，選擇了幾款刀片進行工藝優(yōu)化（見表1）。其中，擁有PVD鍍層的CP500在不銹鋼精加工和半精加工中具有極佳的韌性。
表1 試切刀片
鏜削參數(shù)（FS值）。鈦合金導(dǎo)熱性能較差且材質(zhì)偏黏，故鏜削線速度無法達到鋼材或鋁合金材質(zhì)，一般維持在30～35m/min可保證表面粗糙度在Ra1.6以上。測試使用的山高刀片在試驗件上均表現(xiàn)出良好的加工精度，帶有鍍層的CP500系列刀片擁有更好的耐磨性和壽命，而傳統(tǒng)的26G6無鍍層刀片經(jīng)濟性更好。表2所示為CP500刀片的測試結(jié)果。
表2 CP500刀片的測試結(jié)果
進刀量的確定。合適的進刀量選擇可以更快地將零件加工到位，小直徑、大長徑比精度孔的加工則需要注意讓刀現(xiàn)象的發(fā)生，并在穩(wěn)定鏜削參數(shù)的前提下摸清刀具變形量及表面粗糙度成型的規(guī)律。以某型機連接件為例，雙叉耳孔（見圖3）要求兩孔直徑Φ18+0.021、同軸度0.05mm，需要懸長至少92mm的鏜刀一次完成連孔加工。山高的A76002鏜頭（見圖4）配合懸長95mm硬質(zhì)合金鏜桿，在粗鏜至單側(cè)留量0.2mm左右的前提下，按照0.1mm進給鏜刀，讓刀量穩(wěn)定在0.002～0.004之間，操作工可按此規(guī)律在3～4次進刀之后將該連孔加工到位，并保證了孔徑和表面粗糙度要求。
圖3 雙叉耳孔
圖4 加工雙叉耳孔使用的刀具
大直徑連孔的加工則需要相對更慢的轉(zhuǎn)速和進給，配合R0.4的刀片完成精加工。圖5所示的槳葉配合連孔Φ48+0.027，同軸度0.1mm，空間局182mm，采用山高的46～50mm鏜刀仍可在3次進刀后加工到位。若使用三把鏜刀按定鏜方式加工，效率更高。
圖5 連孔數(shù)模
效率提升伙伴助力高效生產(chǎn)
作為智能制造的試點單位，“穩(wěn)產(chǎn)”和“成線”是昌飛動部件制造的第一步，也是打造智能工廠的先決條件。為順應(yīng)飛機產(chǎn)品質(zhì)量和精度越來越高的要求，以及生產(chǎn)節(jié)點的進一步壓縮，節(jié)拍化成為批生產(chǎn)主流。為此，昌飛機加部門不斷尋找高效且優(yōu)質(zhì)的加工方式。就動部件來說，刀具的正確選用和使用尤為重要，其質(zhì)量、加工效率經(jīng)常成為制約零部件加工品質(zhì)和交貨周期的首要因素。
通過不斷實踐總結(jié)，昌飛機加車間針對產(chǎn)品材質(zhì)范圍廣的特點，形成了針對不同材料的高效加工解決方案。在昌飛呂蒙機加片區(qū)，山高刀具基本覆蓋了70%以上的零件的精密孔加工，材質(zhì)涵蓋鋁合金、鈦合金、不銹鋼和淬硬鋼等材料。基于深厚的刀具研發(fā)及制造實力，山高為昌飛機加提供的各種非標刀具也在各條生產(chǎn)線上大顯身手。此外，其每年組織的交流與發(fā)布會也給昌飛數(shù)控加工帶來了先進的切削理念，高效、高質(zhì)的加工刀具使得數(shù)控加工由難變易，加工技術(shù)水平逐步得到提升。
圖6 山高刀具基本覆蓋了其70%以上的零件的精密孔加工。
中航工業(yè)昌飛隸屬于中國航空工業(yè)集團公司，始建于1969年，是我國直升機科研生產(chǎn)基地和航空工業(yè)骨干企業(yè)，具備研制和批量生產(chǎn)多品種、多系列、多型號直升機和航空零部件的能力。歷經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，昌飛現(xiàn)已形成軍機、民機和國際合作項目協(xié)調(diào)發(fā)展的新格局，產(chǎn)品覆蓋1噸級到13噸級直升機型號，并與美國西科斯基公司、波音公司、意大利萊昂納多公司、中國商飛公司等國內(nèi)外知名航空企業(yè)開展深層次轉(zhuǎn)包合作生產(chǎn)。
山高總部設(shè)在瑞典法格斯塔市，致力于開發(fā)創(chuàng)新的金屬切削解決方案，并與客戶密切合作以全面理解和專注于滿足他們的需求，因此譽滿全球。我們在 50 個國家/地區(qū)雇用了 5000 多名員工，并通過培訓(xùn)、發(fā)展和員工認同計劃以及開放的溝通環(huán)境來提升我們團隊成員的能力。我們的員工展現(xiàn)了三個核心價值觀 – 熱忱待客、家庭歸屬感和個人承諾，它定義了我們的經(jīng)營之道以及我們與客戶、供應(yīng)商和其他合作伙伴之間的交往方式。如需了解更多信息，請訪問 www.secotools.com。
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