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行业动态

右侧壁腹板工艺方案的分析与设计

针对某项目关键零部件右侧壁腹板结构进行分析讨论,结合钛合金材料性能,选择合理的刀具、加工方法和有效的切削参数,制定出一套完整的加工工艺流程,并形成一套可用于加工类似零件的数字化加工方案。

1. 序言

右侧壁腹板为侧壁主要连接件及承力件之一,具有尺寸大、大角度开闭角数量多、高度跨度大、变角度内形面形状复杂及模锻件来料存在余量严重不均匀的特点。如何采用分步分层铣削、浅切、定摆角行切及变角度加工等多种加工技巧相结合的方式来实现变形小、效率高的加工是本文探讨的重点。

2. 零件介绍

右侧壁腹板是弹舱侧壁主要连接腹板之一,形状复杂、变角度双曲面多、高度跨度较大,存在一定的加工难度。零件为钛合金模锻件,外廓尺寸为690mm×500mm×185mm,如图1所示。

右侧壁腹板工艺方案的分析与设计

a) 右侧壁腹板正面

右侧壁腹板工艺方案的分析与设计

b) 右侧壁腹板反面

图1 右侧壁腹板

3. 问题分析

根据材料性能、零件工艺结构及来料状态,分析加工过程中存在的问题,制定合理的解决措施,从而保证该零件能优质高效的加工。

3.1材料性能

该零件材料为典型α相钛合金,强度较钢类高,金属熔点高,可耐550℃高温,低温韧性好。此外,钛合金还具有较好的抗腐蚀性,材料表面在中低温环境下会形成致密氧化膜,防止进一步氧化,对空气、水和一般酸、碱都有抗腐蚀能力。由于材料的独特性能,在加工过程中,还存在着一些加工难点。

(1)导热性差高速加工过程中切削热无法快速传递,表面容易形成氧化膜,导致刀具受热磨损,且机械磨损成倍增加、寿命降低。

(2)强度大、塑性差刀具前刀面在加工过程中受力过大,容易崩刃。

(3)弹性模量低,变形大加工后回弹较严重,后刀面与材料接触面积增加,加快刀具磨损。

(4)材料活性大 受热刀具易发生化学反应,产生黏刀现象,损坏刀具和零件。

综上所述,在钛合金的加工过程中,应使用小前角、大后角的刀具,刀具材料多为硬质合金,切削量应相对较小,从而减少切削热量的产生。

3.2工艺结构

零件外廓尺寸为690mm×500mm×185mm,高度方向尺寸较大;腹板等厚度为6.5mm,筋条厚度为3mm、4mm、6mm和12.5mm等多种类型,外形处闭角为35°。加工零件两面需要两立铣加工和一卧铣加工来保证内外两面全部加工到位。中间圆形轮廓外形多为变角度双曲面,需要定摆角、动摆角、垂直底面定轴等多种编程方法相结合进行加工。整个零件缘筋高度跨度从22mm到100mm,内形宽度跨度从11mm到100mm,合理选择刀具、安排工序步骤成为了提高效率和表面质量的重要手段之一。

3.3来料状态

来料类型为模锻件,腹板单边3mm余量,垂直缘筋条单边8mm余量,中间大圆与大闭角处外形余量不均情况较为严重,金属去除率70%,切削工作量相对较大。

3.4加工过程中的问题

①零件来料无法装夹,需来料带工艺凸台并修整基准平面。②大闭角处内外行立铣无法加工到位,需配合卧铣工位加工,保证尺寸合格。③中间大圆均为变角度双曲面,需要通过变角度铣削、定摆角行切等共同保障。④零件结构复杂,共需6个工位进行加工,合理合并工序值得研究。⑤零件有6组2×φ10C9装配孔需要钻制,孔轴线位于腹板面以下,加工方法需要考虑。⑥中间装配轴承处大孔与四周螺纹孔孔位关系需要特殊注意,保证装配的合理性。

4. 制定加工方案

零件从来料模锻件到成品,需要经历反面基准加工→正面粗加工→反面粗加工及精加工→正面精加工→反面卧式加工→常规镗加工等多个工序。工序的合理安排及每一道工序的加工质量都会影响到整个零件的产品质量,合理选择每个工步的加工刀具、装夹定位方式、预留余量、加工方式等都会影响产品质量和加工效率。因此,主要从下述四方面进行分析研究。

4.1加工刀具

分析零件尺寸,高度方向和槽宽度方向跨度较大,合理选择多种直径和刀长、下刀深的刀具能够有效地提高加工效率。此外,加工深槽用长刀、加工浅槽用短刀可以有效避免让刀,尺寸精度容易保证。粗铣用大直径刀、精铣用小直径刀,可以提高加工表面质量,精铣小刀提速可以减少表面加工刀棱、获得较好的表面粗糙度。该零件主要采用了φ40mm长刀、φ40mm短刀、φ20mm长刀、φ20mm短刀、φ16mm长刀、φ16mm短刀及φ12mm、φ10mm等带有不同底半径的多种刀具,在能够加工出合格零件的基础上取得最高的加工效率和最好的表面质量。

4.2装夹定位

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