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航空异形薄壁零件数控加工工艺

2013-10-29  来源:《金属加工(冷加工)》  单位:中航工业航宇救生装备有限  作者: 韩阳

  该零件为公司转包生产的航空用结构件,属于薄壁异形难加工零件 (见图1),壁厚最薄处2.5mm,材料为板料7050-T7451 AMS4341,零件最小包容体尺寸180mm×95mm×123mm,要求表面粗糙度值Ra=3.2μm。

图1
图1

  1. 工艺性分析

  (1)该零件除两侧面(见图1A、B面)为平行平面外,其余均为曲面,曲面上的小孔均为法向孔,特别是C处侧轮廓与相邻曲面垂直,因此必须采用五轴联动加工。

  (2)零件壁厚较薄,曲面轮廓度要求0.5mm,图示C轮廓右端处壁厚只有2.5mm,且该处刚性较差,加工中应避免产生振刀和让刀。

  (3)零件的大部分面均为曲面,给数控加工中定位和装夹带来了困难,因此在数铣加工方案中需设置工艺夹头,提供定位基准和可靠的装夹平面。

  2. 数铣加工方案

  为解决该零件装夹定位难题,设计了两种加工方案。

  (1)在零件的A处端面设置工艺夹头,用虎钳夹紧夹头部位,将零件其余部位加工完成,最后使用线切割沿A处端面去除夹头。夹头设置如图2所示。

  该方案的优点是:可以用五轴装夹,一次完成零件多个面的加工,避免多次装夹产生较大的定位误差,便于加工前的生产准备(不需要专用工装或组合夹具)。使用机床切割去除夹头,切面较规整、美观;缺点是:五轴加工的工作量较大,批量生产后成本较高。图2中D区域加工时刚性差,易振刀。

图2
图2

  (2)在零件的两侧端面均设置工艺夹头,在夹头上制定位孔,作为多次装夹的唯一基准,夹头和零件在联接处可以做得较薄,最后用普通铣床去除夹头。夹头设置如图3所示。

图3
图3

  该方案的优点是:解决方案一中零件D区域数铣加工中刚性不足的问题。 零件可多次装夹在三轴机床上完成大部分区域的加工,可数铣降低加工成本;缺点是:去除料头的工作量较大,且对操作者技能要求较高。

  通过对上述两个加工方案的比较,可以看出方案二的加工方法较为经济,可行性高,实施的风险较低。因此,我们选择方案二进行实施。

  3. 工艺流程和加工过程

  (1)下料 该零件的材料状态为进口铝合金板料,材料单价约为4.75美元/磅,其材料成本在零件总成本中所占比例较高。为节约材料,并根据零件轮廓形状,我们采用套料加工,如图4所示。为预留两侧工艺夹头,方料尺寸定为280mm×194mm×110mm,使用线切割沿零件轮廓切开(成两块“L”形料),每块方料可以加工出两件零件。

  (2)三轴加工部分 切割后的毛坯首先在工艺夹头的区域加工定位基准面和基准孔,以及上螺栓压紧用的压槽,如图5所示。使用虎钳装夹零件,上表面用镶齿盘铣刀铣平,保证平面度0.02mm。定位孔加工到f10H8,两孔间距(178±0.03)mm。

  该零件在样件加工过程中,除了加工两定位孔和压紧槽,后续零件的粗精加工都在五轴机床上完成。因五轴加工成本较三轴铣削中心高很多,我们将数铣工序内容进行了细化,尽量采用三轴机床加工,较大地降低了该零件的加工成本。具体加工路线如下。

  三轴数铣加工部分:首先,以底面和两孔定位分别加工图6~图9的工序内容。40工序:以两定位孔和15、20工序加工出的台阶面定位,如图10所示。零件主体和工艺凸台联接处壁厚2mm,并延伸12mm(A、B处),用于后续切断用。15工序中加工侧面的开口腔时,因其在加工方向存在倒扣面,如图11所示UG拔模分析中的区域。该区域只能留到五轴机床上进行加工。

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