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(fā)明提出一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝，以解決超復(fù)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(shè)置每道工序的加工余量，安排自然時效時間，優(yōu)化切削工藝參數(shù)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(wěn)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種大曲率全型面薄壁件的制造工藝?！颈尘凹夹g(shù)】 [0002]加工零件為三角形整體結(jié)構(gòu)的某飛機(jī)蛇形進(jìn)氣道唇口，屬大曲率全型面薄壁結(jié)構(gòu)件。零件形狀復(fù)雜，曲率變化很大，內(nèi)腔與筒體蒙皮、外腔與前機(jī)身多塊外形蒙皮連接，結(jié)構(gòu)上內(nèi)腔、外腔均要加工出與蒙皮連接的下陷。內(nèi)腔與筒體蒙皮、外腔與前機(jī)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(zhì)量要求高，尺寸公差要求嚴(yán)格。對比飛機(jī)進(jìn)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(jié)構(gòu)，型面均為空間曲面，壁厚均為1.5mm, 一般飛機(jī)進(jìn)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(qiáng)筋，剛性弱，一般飛機(jī)進(jìn)氣道唇口零件內(nèi)側(cè)均有筋條連接，剛性較強(qiáng)。③零件型面均為空間曲面，且壁薄，無定位基準(zhǔn)，其復(fù)雜的形狀無法采用真空吸咐裝夾方式，一般飛機(jī)薄壁結(jié)構(gòu)件有定位基準(zhǔn)，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(dá)到196mm，型面深度與厚度之比達(dá)到126.7，飛機(jī)結(jié)構(gòu)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(shè)計還是制造，在國內(nèi)尚屬首次，因此，大曲率全型面薄壁件的制造工藝在國內(nèi)尚屬首次實現(xiàn)，經(jīng)查閱文獻(xiàn)資料，國內(nèi)未見相同公開研究文獻(xiàn)報道。
[0003]加工該零件有以下三大難點:1)零件為復(fù)雜曲面薄壁件，型面深度與厚度之比高達(dá)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(zhǔn)，零件定位裝夾困難，加工時易產(chǎn)生振動；3)零件型面結(jié)構(gòu)復(fù)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(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)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(fù)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(shè)置每道工序的加工余量，安排自然時效時間，優(yōu)化切削工藝參數(shù)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(wěn)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)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(nèi)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(yù)留5mm工藝余量，以保證內(nèi)腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內(nèi)腔型面加工基準(zhǔn)面；
2)內(nèi)腔型面粗加工:
零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準(zhǔn)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(nèi)腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預(yù)留3mm工藝余量，用于內(nèi)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(jī)加應(yīng)力；
4)打平面消除變形，并擴(kuò)、鉸工藝孔:
打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續(xù)半精加工、精加工內(nèi)腔型面提供定位基準(zhǔn)，擴(kuò)鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標(biāo)系；
5)內(nèi)腔型面半精和精加工:
a.加工內(nèi)腔外型面:分兩段加工內(nèi)腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預(yù)留Imm工藝余量；
b.加工內(nèi)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(nèi)腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預(yù)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(yù)留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — Omm，第三段為內(nèi)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(yù)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(jī)床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結(jié)構(gòu)，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(zhǔn)，墊塊即可作為定位基準(zhǔn)，在后續(xù)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(nèi)腔腔體、內(nèi)腔型面與墊塊圍成的腔體內(nèi)填充呈流體狀態(tài)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(zhǔn)，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(yù)留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補(bǔ)塊，
8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內(nèi)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(fā)明的有益效果為:
本發(fā)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(qiáng)了零件的裝夾穩(wěn)定性和加工剛性，有效控制了超復(fù)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(shù)對數(shù)控程序質(zhì)量進(jìn)行控制，有效檢查刀具與機(jī)床或夾具之間的干涉、碰撞及過切或殘留等情況，驗證數(shù)控程序的正確性和合理性，有效控制數(shù)控程序質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明中大曲率全型面薄壁結(jié)構(gòu)件局部截面示意圖。
[0009]圖中:1-外腔型面；2-內(nèi)腔型面；3-內(nèi)腔V型槽。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，如附圖1所示，本發(fā)明所涉及的大曲率全型面薄壁結(jié)構(gòu)件由外腔型面1、內(nèi)腔型面2和內(nèi)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(dá)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(fā)明一種大曲率全型面薄壁結(jié)構(gòu)件的制造工藝，采用五座標(biāo)高速銑進(jìn)行外腔型面粗加工、內(nèi)腔型面粗加工、內(nèi)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(jìn)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(nèi)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(yù)留5mm工藝余量，以保證內(nèi)腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內(nèi)腔型面加工基準(zhǔn)面。
[0012]2)內(nèi)腔型面粗加工:
零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準(zhǔn)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(nèi)腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預(yù)留3mm工藝余量，用于內(nèi)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(jī)加應(yīng)力。
[0014]4)打平面消除變形，并擴(kuò)、鉸工藝孔:
打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續(xù)半精加工、精加工內(nèi)腔型面提供定位基準(zhǔn)。擴(kuò)鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標(biāo)系。
[0015]5)內(nèi)腔型面半精和精加工:
a.加工內(nèi)腔外型面:分兩段加工內(nèi)腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預(yù)留Imm工藝余量。
[0016]b.加工內(nèi)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(nèi)腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預(yù)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(yù)留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — Omm。第三段為內(nèi)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(yù)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(jī)床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結(jié)構(gòu)。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(zhǔn)，墊塊即可作為定位基準(zhǔn)，在后續(xù)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(nèi)腔腔體、內(nèi)腔型面與墊塊圍成的腔體內(nèi)填充呈流體狀態(tài)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(zhǔn)，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(yù)留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補(bǔ)塊。
[0020]8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內(nèi)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(shù)如下:
1)型面粗加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具:不同懸長的三把O20R3整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):切深I(lǐng)~3mm ;切寬8~12mm ;零件留余量5mm ；
機(jī)床轉(zhuǎn)速:15000rpm ~18000rpm ；
切削速度:6000~lOOOOmmpm。
[0023]2)內(nèi)腔V形槽粗加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具16R2和O 12R6整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):切深1~1.5mm ;切寬5~8mm ;內(nèi)腔V形槽槽底留余量Imm,其余3mm ；
機(jī)床轉(zhuǎn)速:12000rpm ~18000rpm ；
切削速度:3000~6000mmpm。
[0024]3)型面半精加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具:O20R3整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):切深I(lǐng)mm ;切寬Imm ;零件留余量Imm ；
機(jī)床轉(zhuǎn)速:16000rpm ~18000rpm ；
切削速度:6000~8000mmpm。
[0025]4)內(nèi)腔V形槽半精加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具:兩把012R6不同懸長整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):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(jī)床轉(zhuǎn)速:12000rpm ~15000rpm ；
切削速度:3000~4000mmpm。
[0026]5)型面精加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具:O20R3整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):切深0.4mm ;切寬0.5mm ； 機(jī)床轉(zhuǎn)速:15000rpm ?16000rpm ；
切削速度:6000?8000mmpm。
[0027]6)內(nèi)腔V形槽精加工:
使用機(jī)床:五座標(biāo)高速數(shù)控銑床；
使用刀具:兩把012R6不同懸長整體硬質(zhì)合金銑刀；
加工參數(shù):切深0.4mm ;切寬0.4?0.6mm ；
機(jī)床轉(zhuǎn)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(qiáng)零件裝夾穩(wěn)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(quán)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(nèi)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(yù)留5mm工藝余量，以保證內(nèi)腔型面的加工剛性，并在工藝凸臺表面銑出內(nèi)腔型面加工基準(zhǔn)面； 2)內(nèi)腔型面粗加工: 零件翻面，以外腔型面粗加工銑出的基準(zhǔn)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(nèi)腔型面，刀具懸長遞增，粗加工后零件預(yù)留3mm工藝余量，用于內(nèi)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(jī)加應(yīng)力； 4)打平面消除變形，并擴(kuò)、鉸工藝孔: 打平面消除時效過程中的零件變形，并為后續(xù)半精加工、精加工內(nèi)腔型面提供定位基準(zhǔn)，擴(kuò)鉸工藝孔，保證工藝孔垂直度，利于確定精確的加工坐標(biāo)系； 5)內(nèi)腔型面半精和精加工: a.加工內(nèi)腔外型面:分兩段加工內(nèi)腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后預(yù)留Imm工藝余量； b.加工內(nèi)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(nèi)腔V型槽，逐段到位，刀具懸長遞增，第一段每層加工后預(yù)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(yù)留工藝余量安排為3mm — 2.5mm — 0mm，第三段為內(nèi)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(yù)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(jī)床與零件干涉，工藝凸臺四周銑成凹槽結(jié)構(gòu)，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(zhǔn)，墊塊即可作為定位基準(zhǔn)，在后續(xù)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(nèi)腔腔體、內(nèi)腔型面與墊塊圍成的腔體內(nèi)填充呈流體狀態(tài)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(zhǔn)，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(yù)留2.5mm工藝余量，然后精加工到位，并去除工藝補(bǔ)塊， 8)鉗工打光:修銼加工死角、打光內(nèi)腔、外腔型面。
2.根據(jù)權(quán)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(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)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(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司