一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發明提出一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝，以解決超復雜空間薄壁曲面的加工變形和振動問題。通過合理的工藝布局，采用分段逐層加工方式，選擇合適的刀具與刀柄，設置每道工序的加工余量，安排自然時效時間，優化切削工藝參數和走刀策略，保證零件均勻的材料去除量，同時采用加裝墊塊定位和石膏填充法，解決零件加工中的裝夾和振動問題，增加零件的加工剛性和裝夾穩定性，控制零件加工過程中的變形，保證零件尺寸和精度。
【專利說明】一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工【技術領域】，特別涉及一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝。【背景技術】 [0002]加工零件為三角形整體結構的某飛機蛇形進氣道唇口，屬大曲率全型面薄壁結構件。零件形狀復雜，曲率變化很大，內腔與筒體蒙皮、外腔與前機身多塊外形蒙皮連接，結構上內腔、外腔均要加工出與蒙皮連接的下陷。內腔與筒體蒙皮、外腔與前機身外形蒙皮連接面均為空間曲面，加工定位困難，且型面凹槽深而狹窄，呈V形布局，凹槽開口角度約30°。唇口尺寸較大、剛性弱、壁厚僅為1.5mm,加工容易變形，外形公差及表面質量要求高，尺寸公差要求嚴格。對比飛機進氣道唇口零件，本文所涉及的唇口零件具有特殊性:①零件為大曲率全型面薄壁結構，型面均為空間曲面，壁厚均為1.5mm, 一般飛機進氣道唇口零件壁厚為2~3mm，外形一般為直紋面，變化曲率較小。②零件型面無加強筋，剛性弱，一般飛機進氣道唇口零件內側均有筋條連接，剛性較強。③零件型面均為空間曲面，且壁薄，無定位基準，其復雜的形狀無法采用真空吸咐裝夾方式，一般飛機薄壁結構件有定位基準，或可采用真空吸咐方式裝夾，保證最后一面薄壁的剛性。④零件壁厚均為1.5mm，型面有效深度達到196mm，型面深度與厚度之比達到126.7，飛機結構件曲面深度與高度之比一般為10~30。針對具有全型面、大曲率、大型薄壁、深而窄的腔體特征的唇口零件，無論是設計還是制造，在國內尚屬首次，因此，大曲率全型面薄壁件的制造工藝在國內尚屬首次實現，經查閱文獻資料，國內未見相同公開研究文獻報道。
[0003]加工該零件有以下三大難點:1)零件為復雜曲面薄壁件，型面深度與厚度之比高達126.7，加工中零件的變形難以控制；2)零件型面均為空間曲面，無裝夾定位基準，零件定位裝夾困難，加工時易產生振動；3)零件型面結構復雜，凹槽深而狹窄，零件工藝方案的制定、程序的編制、合理的切削方式難以定制。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提出一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝，以解決超復雜空間薄壁曲面的加工變形和振動問題。通過合理的工藝布局，采用分段逐層加工方式，選擇合適的刀具與刀柄，設置每道工序的加工余量，安排自然時效時間，優化切削工藝參數和走刀策略，保證零件均勻的材料去除量，同時采用加裝墊塊定位和石膏填充法，解決零件加工中的裝夾和振動問題，增加零件的加工剛性和裝夾穩定性，控制零件加工過程中的變形，保證零件尺寸和精度。
[0005]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝，它包括如下步驟:
I)外腔型面粗加工:
以內腔型面工藝凸臺底面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工外腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留5mm工藝余量，以保證內腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內腔型面加工基準面；
2)內腔型面粗加工:
零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工內腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留3mm工藝余量，用于內腔型面的半精加工和精加工時的材料去除量；
3)自然時效:>48小時，用于釋放粗加工過程中因材料塑性變形和切削熱引起的機加應力；
4)打平面消除變形，并擴、鉸工藝孔:
打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續半精加工、精加工內腔型面提供定位基準，擴鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標系；
5)內腔型面半精和精加工:
a.加工內腔外型面:分兩段加工內腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預留Imm工藝余量；
b.加工內腔V型槽:采用兩把不同懸長的刀具分三段半精加工、精加工內腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — Omm, 2.5mm的工藝余量保證了凹槽型面精加工到位時的加工剛性；第二段每層加工后預留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — Omm，第三段為內腔V型槽槽底，為了避免零件振動和因刀具太長引起刀具振動，選用小刀具與加長刀柄組合的方式分四層小切削加工到位，預留工藝余量安排為 2mm — Imm — 0.4mm — Omm ；
c.為降低刀具懸長和防止機床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結構，將銑出三塊墊塊鑲于工藝凸臺凹槽處，在墊塊上銑出外腔型面加工基準，墊塊即可作為定位基準，在后續石膏填充法中起到了限制石膏流動的作用；
6 )填充石骨:
在內腔腔體、內腔型面與墊塊圍成的腔體內填充呈流體狀態石膏，待石膏凝固之后，修平石膏面，保證石膏面與墊塊面齊平，石膏面和墊塊面作為外腔型面加工基準，并解決外腔型面半精加工和精加工過程中零件的振動問題，提高零件的加工剛性；
7)外腔型面半精和精加工:
以石膏底面與墊塊底面，螺釘裝夾，防止加工時的振動，選用長徑比< 5的刀具，分三段兩層加工到位，半精加工后零件預留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補塊，
8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內腔、外腔型面。
[0006]所述三把不同懸長的刀具的尺寸分別為016R2、012R6、0 20R3 的刀具。
[0007]本發明的有益效果為:
本發明為大曲率全型面薄壁件的制造提供了一種工藝解決方案，石膏填充法和分段逐層加工方法增強了零件的裝夾穩定性和加工剛性，有效控制了超復雜空間薄壁曲面的加工變形，解決了零件的裝夾、定位難題，避免了大曲率全型面薄壁件加工過程中的振動問題，有效控制了零件加工過程中的變形，保證了零件尺寸和精度。在實際加工前，采用幾何仿真技術對數控程序質量進行控制，有效檢查刀具與機床或夾具之間的干涉、碰撞及過切或殘留等情況，驗證數控程序的正確性和合理性，有效控制數控程序質量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明中大曲率全型面薄壁結構件局部截面示意圖。
[0009]圖中:1-外腔型面；2-內腔型面；3-內腔V型槽。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖1對本發明作進一步說明，如附圖1所示，本發明所涉及的大曲率全型面薄壁結構件由外腔型面1、內腔型面2和內腔V型槽3組成，型面均為空間曲面，最大開敞、無筋條支撐曲面面積達0.397m2，型面有效深度為196mm，型面凹槽深而狹窄，呈V形布局，凹槽開口角度約30°，深度為100mm。
[0011]本發明一種大曲率全型面薄壁結構件的制造工藝，采用五座標高速銑進行外腔型面粗加工、內腔型面粗加工、內腔型面半精和精加工、外腔型面半精和精加工、鉗工打光，采用加裝墊塊定位和石膏填充法進行裝夾定位，其特征在于，其制造工藝流程為:
I)外腔型面粗加工:
以內腔型面工藝凸臺底面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工外腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留5mm工藝余量，以保證內腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內腔型面加工基準面。
[0012]2)內腔型面粗加工:
零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工內腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留3mm工藝余量，用于內腔型面的半精加工和精加工時的材料去除量。
[0013]3)自然時效:> 48小時，用于釋放粗加工過程中因材料塑性變形和切削熱引起的機加應力。
[0014]4)打平面消除變形，并擴、鉸工藝孔:
打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續半精加工、精加工內腔型面提供定位基準。擴鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標系。
[0015]5)內腔型面半精和精加工:
a.加工內腔外型面:分兩段加工內腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預留Imm工藝余量。
[0016]b.加工內腔V型槽:采用兩把不同懸長的刀具分三段半精加工、精加工內腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預留工藝余量安排為3_ — 2.5_ — Omm,
2.5mm的工藝余量保證了凹槽型面精加工到位時的加工剛性；第二段每層加工后預留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — Omm。第三段為內腔V型槽槽底，為了避免零件振動和因刀具太長引起刀具振動，選用小刀具與加長刀柄組合的方式分四層小切削加工到位，預留工藝余量安排為 2mm — Imm — 0.4mm — Omnin
[0017]c.為降低刀具懸長和防止機床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結構。將銑出三塊墊塊鑲于工藝凸臺凹槽處，在墊塊上銑出外腔型面加工基準，墊塊即可作為定位基準，在后續石膏填充法中起到了限制石膏流動的作用。[0018]6)填充石膏:
在內腔腔體、內腔型面與墊塊圍成的腔體內填充呈流體狀態石膏，待石膏凝固之后，修平石膏面，保證石膏面與墊塊面齊平，石膏面和墊塊面作為外腔型面加工基準，并解決外腔型面半精加工和精加工過程中零件的振動問題，提高零件的加工剛性。
[0019]7)外腔型面半精和精加工:
以石膏底面與墊塊底面，螺釘裝夾，防止加工時的振動，選用長徑比<5的刀具，分三段兩層加工到位，半精加工后零件預留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補塊。
[0020]8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內腔、外腔型面。
[0021]所述零件特征為大曲率全型面薄壁件。
[0022]具體參數如下:
1)型面粗加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具:不同懸長的三把O20R3整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深I~3mm ;切寬8~12mm ;零件留余量5mm ；
機床轉速:15000rpm ~18000rpm ；
切削速度:6000~lOOOOmmpm。
[0023]2)內腔V形槽粗加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具16R2和O 12R6整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深1~1.5mm ;切寬5~8mm ;內腔V形槽槽底留余量Imm,其余3mm ；
機床轉速:12000rpm ~18000rpm ；
切削速度:3000~6000mmpm。
[0024]3)型面半精加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具:O20R3整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深Imm ;切寬Imm ;零件留余量Imm ；
機床轉速:16000rpm ~18000rpm ；
切削速度:6000~8000mmpm。
[0025]4)內腔V形槽半精加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具:兩把012R6不同懸長整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深0.8^1mm ;切寬0.5^0.6mm ； V形槽槽底留余量0.4mm,其余2.5mm ；
機床轉速:12000rpm ~15000rpm ；
切削速度:3000~4000mmpm。
[0026]5)型面精加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具:O20R3整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深0.4mm ;切寬0.5mm ； 機床轉速:15000rpm ?16000rpm ；
切削速度:6000?8000mmpm。
[0027]6)內腔V形槽精加工:
使用機床:五座標高速數控銑床；
使用刀具:兩把012R6不同懸長整體硬質合金銑刀；
加工參數:切深0.4mm ;切寬0.4?0.6mm ；
機床轉速:12000rpm ?15000rpm ；
切削速度:3000?4000mmpm。
[0028]以上制造工藝，用于加工大曲率全型面薄壁類零件，可以增強零件裝夾穩定性和加工剛性，有效控制零件變形，保證零件尺寸及精度。
【權利要求】
1.一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝，其特征在于它包括如下步驟: 1)外腔型面粗加工: 以內腔型面工藝凸臺底面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工外腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留5mm工藝余量，以保證內腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內腔型面加工基準面； 2)內腔型面粗加工: 零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準面定位，螺釘裝夾，采用三把不同懸長的刀具分三段粗加工內腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預留3mm工藝余量，用于內腔型面的半精加工和精加工時的材料去除量； 3)自然時效:>48小時，用于釋放粗加工過程中因材料塑性變形和切削熱引起的機加應力； 4)打平面消除變形，并擴、鉸工藝孔: 打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續半精加工、精加工內腔型面提供定位基準，擴鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標系； 5)內腔型面半精和精加工: a.加工內腔外型面:分兩段加工內腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預留Imm工藝余量； b.加工內腔V型槽:采用兩把不同懸長的刀具分三段半精加工、精加工內腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預留工藝余量安排為3mm— 2.5mm — Omm, 2.5mm的工藝余量保證了凹槽型面精加工到位時的加工剛性；第二段每層加工后預留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — 0mm，第三段為內腔V型槽槽底，為了避免零件振動和因刀具太長引起刀具振動，選用小刀具與加長刀柄組合的方式分四層小切削加工到位，預留工藝余量安排為 2mm — Imm — 0.4mm — Omm ； c.為降低刀具懸長和防止機床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結構，將銑出三塊墊塊鑲于工藝凸臺凹槽處，在墊塊上銑出外腔型面加工基準，墊塊即可作為定位基準，在后續石膏填充法中起到了限制石膏流動的作用； 6 )填充石骨: 在內腔腔體、內腔型面與墊塊圍成的腔體內填充呈流體狀態石膏，待石膏凝固之后，修平石膏面，保證石膏面與墊塊面齊平，石膏面和墊塊面作為外腔型面加工基準，并解決外腔型面半精加工和精加工過程中零件的振動問題，提高零件的加工剛性； 7)外腔型面半精和精加工: 以石膏底面與墊塊底面，螺釘裝夾，防止加工時的振動，選用長徑比< 5的刀具，分三段兩層加工到位，半精加工后零件預留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補塊， 8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內腔、外腔型面。
2.根據權利要求1所述的大曲率全型面薄壁件的制造工藝，其特征在于:所述三把不同懸長的刀具的尺寸分別為016R2、012R6、0 20R3的刀具。
【文檔編號】B23P15/00GK103639655SQ201310612046
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月28日 優先權日:2013年11月28日
【發明者】曹愛萍, 歐陽承, 黎明, 向兵飛, 徐 明, 蘭惠, 廖翔, 周造文 申請人:江西洪都航空工業集團有限責任公司