A320系列机翼后缘组件铝钛夹层制孔工艺分析及研究

来源 :中国科技博览 | 被引量 : 0次 | 上传用户:boyzhxj
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  [摘 要]本文分析了影响A320系列机翼后缘组件铝-钛、铝-钛-铝夹层结构中高精度孔加工的主要特性,结合钛合金的性能特点,提出上述夹层结构制孔的工艺参数和相应改进措施。为产品试制、批生产以及公司同类产品的制造提供参考。
  [关键词]钛合金 铝-钛 夹层 制孔的工艺参数 改进措施
  中图分类号:V258.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)44-0127-03
  引言
  本文介绍了A320系类机翼后缘组件中铝-钛、铝-钛-铝夹层结构装配孔精加工的生产现状、存在问题,分析了铝-钛、夹层结构制孔的原理及加工工艺,研究了加工过程中相应改进措施与加工试验。最终,以求极大地实现和提高机翼钛铝合金夹层结构装配孔精加工质量。为A320系列机翼后缘组件顺利试制和后续批生产奠定了一定的技术基础。
  1.钛简述
  钛合金材料重量轻,密度只有,比强度和比断裂韧性高,疲劳强度和抗裂纹扩展能力好,低温韧性良好,抗蚀性能优异,是航空航天领域的重要材料。但由于其切削加工性差,长期以来在很大程度上制约了它的应用。随着加工工艺技术的发展,近年来,钛合金已广泛应用于飞机制造业。目前我公司转包生产的A320系列机翼后缘组件,其中部分接头和加强件为钛合金。这里分析了A320系列机翼后缘组件新机试制和批生产中的铝-钛,铝-钛-铝夹层结构下制孔所表现出的具体特点,特别对刀具材料,刀具结构,刀具几何参数和工具的选择,进行了反复试验和研究,并采取了相应的措施,总结出一套在试制和批生产中铝-钛-铝夹层结构高精度孔加工的各项工艺参数。为A320系列机翼后缘组件顺利试制和后续批生产奠定了一定的技术基础。
  2.铝-钛、铝-钛-铝夹层上高精度孔的加工
  英宇航A320系列机翼后缘组件是我公司转包生产的重要项目,同时也是公司今后机翼制造基础技术的积累。此组件由712项零件构成,机加件占70%以上。其中铝-钛、铝-钛-铝夹层超厚结构(铝、钛复合夹层最大厚度达到57.75mm,钛合金材料最厚处为22.5mm)上高精度孔(最大尺寸 ;孔径公差;)的加工,在部件装配厂还是首次,而且此孔数量较多;如何突破上述夹层上高精度孔在装配厂的加工技术问题,克服困难,加工出合格的产品,成为我们研究的首要任务。(见图1)
  3.钛合金材料的性能特点、加工特性及其普遍原则。
  钛合金按金属组织分为α相、β相、α+β相,分别以TA,TB,TC表示其牌号和类型,一般铸、锻件采用TA系列,棒料用TC系列。我公司转包生产中材料为TA即α相钛合金。
  3.1 钛合金的性能特点及其切削加工性
  钛合金相对一般合金钢具有以下优点:
  1)比强变高:钛合金密度只有,比铁小得多,而其强度与普通碳钢相近。
  2)机械性能好:钛合金熔点为1660℃,比铁高,具有较高的热强度,可在550℃以下工作,同时在低温下通常显示出较好的韧性。
  3)抗蚀性好:在550℃以下钛合金表面易形成致密的氧化膜,故不容易被进一步氧化,对大气、海水、蒸汽以及一些酸、碱、盐介质均有较高的抗蚀能力。
  另一方面,钛合金的切削加工性比较差。主要原因为:
  1)导热性差,致使切削温度很高,降低了刀具耐用度。
  2)600℃以上温度时,表面形成氧化硬层,对刀具有强烈的磨损作用。
  3)塑性低、硬度高,使剪切角增大,切屑与前刀面接触长度很小,前刀面上应力很大,刀刃易发生破损。
  4)弹性模量低,弹性变形大,接近后刀面处工件表面回弹量大,所以已加工表面与后刀面的接触面积大,磨损严重。
  钛合金切削过程中的这些特点使其加工变得十分困难,导致加工效率低,刀具消耗大,加工精度很难掌握。
  3.2 钛合金钻铰削加工的普遍原则
  钛合金钻铰削比较困难,常在加工过程中出现烧刀和断钻现象。这主要是由于刀具刃磨不良、排屑不及时、冷却不佳以及工艺系统刚性差等几方面原因造成的。因此,在钛合金钻铰削加工中须注意以下几点:
  1)足够的硬度。钻头和铰刀的硬度必须大于钛合金的硬度。
  2)足够的强度和韧性。由于钻头和铰刀在加工钛合金时承受很大的扭转力和切削力,因此必须有足够的强度和韧性。
  3)足够的耐磨性。由于钛合金韧性好,加工时切削刃要锋利,因此刀具材料必须有足够的抗磨损能力,这样能减少加工硬化。
  4)刀具材料和钛合金亲合力要差。由于钛合金化学活性高,因此要求刀具材和钛合金亲合力要差,以免形成溶敷,扩散而成合金,造成粘刀、断刀等现象,例如YT类硬质合金刀片中含有钛,它会与被加工的钛合金发生亲和作用,容易粘掉刀尖。
  3.2.1 钻削的普遍原则
  1) 合理的钻头刃磨角度:加大顶角、减少外缘前角、增大外缘后角,倒锥加至标准钻头的2~3倍。
  2) 勤退刀并及时清除切屑,注意切屑的形状和颜色。如钻削过程中切屑出现羽状或颜色变化时,表明钻头已钝,应及时换刀。
  3) 足够的冷却液。
  4) 提高工艺系统刚性:钻模应固定在工作台上,钻模引导宜贴近加工表面,尽量使用短钻头。
  3.2.2 铰削的普遍原则
  钛合金铰削时刀具磨损不严重,使用硬质合金和高速钢铰刀均可。使用硬质合金铰刀时,要采取类似钻削的工艺系统刚度,防止铰刀崩刃。钛合金铰孔时出现的主要问题是铰孔不光,可采取以下解决措施:
  1)用修窄铰刀刃带宽度,以免刃带与孔壁粘结,但要保证足够的强度,一般刃宽在0.1~0.15mm为好。
  2)切削刃与校准部分转接处应为光滑圆弧,磨损后要及时修磨,并要求各齿圆弧大小一致。   3)多次铰削。粗铰余量0.1mm,精铰余量一般小于0.05mm。
  4)主轴转速60-200r/min。
  5)铰完退刀时,机铰应不停车退出铰刀
  6)综上所述加工时对加工的刀具、加工工艺参数、加工工具和工艺方法的选择就显得尤为重要。
  4.铝钛夹层结构制孔的工艺准备
  1)针对铝-钛、铝-钛-铝夹层结构的特点和加工特性,采取以下方案和途径。
  2)搜集国内外有关铝、钛加工的资料。了解钛合金加工的工艺性能及特殊要求。
  3)根据工具厂商提供的资料,参考空客提供的原文刀具图纸,选择合适的加工刀具、工具。刀具可采用外购与自制相结合的方式。
  4)提供与产品材料牌号相同的试验件,模拟真实产品的加工状态,通过在试验件上进行试验,探索总结出加工铝、钛复合夹层高精度孔的最佳工艺方法及切削参数。然后利用试验获得的加工方法和工艺参数在英宇航提供的报废后缘组件上进行验证。
  5)采用带内冷孔结构的刀具,对加工区域进行局部冷却。
  4.1 工具的选择
  根据被加工材料属性、厚度和被加工孔径和英宇航提供的工具厂家,选定两种型号的自动进给风钻,分别是158QGDA和230QGDAV,对这两种自动进给风钻进行比较如下:
  考虑到被加工材料中钛合金夹层的性能特点,工作时必须进行冷却和调整转速,所以最终选择的型号为230QGDAV-RAC-SU-MS,进给量为.003IPR,转速范围分别为50/125RPM;210/420RPM;420/1000RPM三种规格的自动进给风钻。230QGDAV型号的自动进给钻由于功率大,转速容易调整,进给量选择的范围广,很适合铝钛超厚夹层结构材料的加工。
  4.2 刀具的选择
  考虑到钛合金钻铰削加工的基本原则,自动进给钻的优越性能,结合空客提供的原文刀具图纸,以及为日后批生产做准备等原因。刀具结构决定采用了台阶钻头,钻铰复合刀具和台阶铰刀,刀具材料为硬质合金或M42高速钢.这样既保证产品孔径的加工精度,也满足图纸要求,同时提高了生产效率。
  5.制孔工艺分析及研究
  5.1 试件确定
  根据实际零件的材料和厚度,以及要使用的钻孔夹具,确定试件的大小和数量。试件共10块,分为4组。试验件号及材料牌号见下表。
  5.2 制孔试验方案的确定
  按照空客英国提供的资料、自动进给风钻的转速挡位及钛合金的材料性能,制定如下试验方案
  5.3 孔径的选择
  图纸上铝-钛-铝夹层共有1/2″()和5/8″()两种规格的孔径。
  5.4 刀具的使用顺序
  以5/8″()孔冷胀前(冷胀前)为例,按照钛合金的材料性能,以及空客英国的原文刀具图纸,最终确定的刀具顺序以及刀具直径为:
  共需要试验3种规格刀具。
  6.加工试验过程
  6.1 第一次试验结果
  图3 图4
  6.1.1 原因分析
  1)由于加长刀杆不密封,冷却液大量外漏,只有极少量的冷却液输送到刀尖部分,导致刀尖过热,局部有退火现象。
  2)刀尖处的吹屑风压不够,不能将切屑吹出孔外,造成排屑不畅。
  3)钻头角度不好,影响断屑。
  4)扩孔钻前端镶有硬质合金刀片,排屑槽为直槽不便于排屑。
  5)刀具在制造方面也存在一定问题,刀具后段外径尺寸比刀具尖端还大,加工过程中重复切削。
  6)硬质合金刀片与高速钢对接处有一环状凹槽,切削过程中的应力集中造成断裂。
  6.1.2 纠正措施:
  1) 将刀杆进行密封处理,使冷却液能够顺利到达刀具尖端。
  2) 更改扩孔钻的结构形式,将硬质合金镶刃结构改为刀头整体硬质合金、刀杆高速钢对焊结构,全螺旋槽。
  3) 根据试刀情况要求刀具厂家更改钻头的切削角度。
  6.2 第二次试验结果(更改钻铰转速)
  对上表的结果分析:铝-钛-铝夹层结构中钛合金零件尺寸符合图纸要求,但铝合金零件则超差,且进口尺寸超差量大于出口尺寸超差量。
  6.2.1 原因分析
  1)加长刀杆密封处理不到位,可能存在冷却液量不够现象。
  2)到加工余量太大。刀具加工到钛合金夹层时,钛屑较大,在经刀具螺旋槽大量排出的过程中将上层铝合金夹层的孔挤大。另外底层的铝合金夹层孔超差,是由于被加工孔较深(最深处58.9mm),当刀具加工至下层铝合金夹层时,刀具已经进入工件约40mm深度,这时排屑比较困难,刀具螺旋槽中仍然滞留了一些没有及时排出的少量钛屑,也直接参与下一层铝合金切削,从而使孔径变大。
  3)铝合金夹层的孔呈喇叭口形,应主要是排屑不畅的结果。
  4) 扩孔钻的加工精度本身就不太高,加之切削余量大,精度更不容易保证。
  6.2.2 纠正措施
  1) 由于加长刀杆的设计缺陷,无法在短期内将其完全弥补,因此只能在内冷的同时大量采用外冷。
  2) 在和之间增加一把台阶钻,取消φ11.0扩孔钻,减少终孔刀具的加工余量。
  3) 将扩孔钻改为整体硬质合金左旋铰刀,向下排屑,改善孔壁表面质量。
  6.3 第三次试验结果
  6.4 试验结果验证
  为了确保产品的加工质量,对经过试验获得的加工工艺参数,经在英宇航提供的报废后缘组件上验证,所有孔的孔径、粗糙度均符合图纸和规范的要求。
  总结
  1)钻制钛合金夹层孔时,刀具的线速度控制在8-13米/分之内孔径和表面质量较好,转速可根据刀具直径确定。
  2)内冷刀具的使用能极大的提高孔的精度和表面粗糙度,延长刀具的使用寿命。外冷装置的使用也是必不可少的。
  3)使用转速260RPM、125RPM、210RPM铰孔时孔径和表面粗糙度均合格,但从孔径的稳定性和加工效率方面考虑,使用转速210RPM更好。
  4)英宇航A320系列机翼后缘组件首架份合格交付用户,批生产顺利进行且月产达四架份。
  铝-钛-铝夹层结构高精度加工在部件装配的完成,打破了装配车间无法加工铝-钛-铝复合夹层的高精度孔的加工先例,同时为我公司后续同类产品的生产铺平了道路,为公司的扩大再生产创造了条件。英宇航A320系列机翼后缘组件的首架顺利交付,批生产的顺利进行,使我公司的飞机部件生产的能力跃升了一个新的台阶。
  参考文献
  [1] 蔡昆山,付圣林.钛合金钻削和攻丝的工艺分析及研究.2004年.
  [2] 互联网.钛合金的切削加工.工程师之家.2007年
  [3] 互联网.钛合金的可切削性的研究及加工刀具的设计.工程师之家.2007年.
  [4] 陈铮.金属材料.学科讲座.2006.
其他文献
[摘 要]蒸汽管线保温层使用是石化生产安全及效益的关键环节。使用散热损失综合计算方法,可同时计算管线支、吊架及阀门法兰等附件的散热量,真实反映管线整体表面散热损失,明确管线各部分散热比重。为管线保温层改造,提供厚度计算依据。  [关键词]保温层;热流密度;热流密度  中图分类号:TU995.3 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)44-0133-02  1、背景  根据蒸汽管线
期刊
[摘 要]党建思想政治工作是一项转化和塑造人的思想、感情、心理、行为的工作,通过树立奋斗目标、协调人际关系、理顺思想观念和提高认识能力等方面,开发员工的聪明才智,激发员工的创造性、责任感、向心力。它蕴涵在每一项管理环节之中,是全部管理工作的灵魂,是企业效益最大化的重要组织保障。党的十八届三中全会拉来开了全面深化改革的序幕,当前改革已进入攻坚期和深水区。而对油田基层企业而言,必将带来市场化改革的热潮
期刊
[摘 要]网络新媒体的发展和更新,迅速的进入运用领域,显示出强大的影响力,团员青年是网络用户的重要组成部分,也最易于接受网络新媒体。博客、社交网络、微博、飞信等网络新媒体的使用已成为团员青年的生活方式,新媒体成为凝聚青年的重要载体,笔者围绕新媒体和当代青年的紧密关系,探索运用网络新媒体充分加强和改进共青团工作的新途径。  [关键词]新媒体;共青团;影响运用;  中图分类号:D29 文献标识码:B
期刊
[摘 要]当前,党内脱离群众的现象以及各种社会矛盾更加尖锐地摆在全党面前。以习近平同志为总书记的党中央身体力行、率先垂范,带头贯彻群众路线,以“踏石留印、抓铁有痕”的力度抓反腐倡廉建设,又在全党深入开展党的群众路线教育实践活动,这些都为坚持和发展党的群众路线开启了新的历史篇章。我党只有牢固树立群众观点,切实解决好立场问题、感情问题,以整风精神的要求来坚决反对“四风”,把人民冷暖记心间,履职尽责,才
期刊
[摘 要]10kV配电线路作为我国电力系统组成的重要部分,其是否安全运行直接影响到用户的日常生产生活用电及有关电力企业的经济效益。由于10kV 配电线路雷击事故的频繁发生是导致架空配电线路烧毁、断线及跳闸的主要常见原因之一,因此,为提高线路的供电可靠性,应对配电线路加强防雷措施。文章通过对10 kV配电线路的直击雷过电压和感应雷过电压进行阐述,并分析其防雷影响因素,从而提出相对应的防雷措施进行研究
期刊
[摘 要]本文从供电质量中分析变电运行的安全与稳定问题,对变电运行中常出现的问题进行探讨。  [关键词]变电运行,出线倒闸,刀闸操作,电气设备,供电质量  中图分类号:TM63 文献标识码:B 文章编号:1009-914X(2014)42-0325-01  随着电力体制改革的发展及科学技术的进步,常规变电站逐渐发展为智能变电站,有人值班变电站变为无人值守变电站,所有设备的运行情况在调度中心、监控中
期刊
[摘 要]机械设备资产已占企业全部固定资产的相当一部分,设备固定资产的管理使用、维修成本的大小直接影响到施工生产和经济效益。几十年来,机械已创出具有自己特色的周期维修方式及一系列的非常先进的保养方法和技术。机械设备由于受施工条件,环境及使用过程中的许多不确定因素的影响,造成在使用过程中机械设备过早的损坏及报废,给行业施工造成了一定的损失,如何对机械设备进行科学合理的维修与保养,保证机械设备保持良好
期刊
[摘 要]随着智能交通系统的不断发展,其在人类社会之中扮演的角色也日趋重要。在高速公路管理部门,智能交通系统也得到了较为广泛的应用。具体的来说,其对智能交通系统的应用主要集中于为高速公路管理提供一套科学有效的管理手段,并利用智能交通系统之中系统管理、数据信息实时传达的优良特性,帮助高速公路交通管理部门可以在第一时间掌握正确的信息,为高速公路管理层针对具体的情况制定出相应的智能交通系统。  [关键词
期刊
[摘 要]水利水电建设在这几年得到了较快的发展,为我国社会经济的发展和人民生活水平的提高做了很大的贡献,水利水电建设可以有防洪和灌溉等作用,还可以带动当地的供水、养殖以及旅游业的发展。但是我们不得不面对一个问题,就是在水利水电建设的发展过程中,往往会出现道阻隔、水沙情势变化等问题,这将对生态环境造的发展造成很多的负面影响,要想解决这个问题,必须通过社会各界的共同努力。本文在分析了水利水电工程建设在
期刊
[摘 要]当前,随着社会经济飞速发展,用电量需求不断增大,能源紧缺和环境污染问题加剧,节能减排意义重大。供电企业作为电力行业中的关键性企业,承担着输送和分配电能的任务,主导着发电企业和用电客户进行节能降损。在国家“节能减排、低碳环保”的服务理念下,各地方供电企业相继开展了一系列的节能降损措施,取得了一定的进展和成效,但也存在相应的问题与困难。本文从供电企业服务客户的角度出发,结合潮州供电局的自身情
期刊