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鈦合金精度孔加工實現動部件高效（xiào）生產

2016-12-29 來源：山（shān）高刀具作者：-

山高刀具助力中航工業昌飛智（zhì）能製造（zào）試點成功

發展通用航空產業（yè），一直是中航工業的既定目標之一。在這其中（zhōng），直升機以無需場地垂直起降的獨特（tè）飛行方式，在搶險救災、護林巡防等領域發揮了重（chóng）要作用。作為完全（quán）依靠巨大的旋翼（yì）提供升力及操縱的飛行器，以（yǐ）槳轂為主體的動部（bù）件製造被（bèi）稱作“直升機製造皇冠上的明珠”。為了攻（gōng）克這一（yī）難題，解決（jué）動部（bù）件加（jiā）工瓶頸並提升產能（néng），中航工業昌（chāng）飛搭乘“中國製造2025”的順風車，以智能製（zhì）造和（hé）智慧製造為最（zuì）終目標，進行了生產（chǎn）布局的調整，興建了現代化的數控加工中心、複合材（cái）料生產線（xiàn）以及現代化的直升機生產線，形成本部和（hé）呂蒙兩大生產區，為中國直升機產業發展添磚加瓦（wǎ）。

直升機動（dòng）部件需承擔槳葉（yè）旋轉產（chǎn）生的離心力、操（cāo）縱力以及（jí）各種交變力矩（jǔ），自身需要過硬的剛性以及良好的裝配（pèi）動平衡性。因此，作為連接各動部件的孔（kǒng）係，需要保（bǎo）證極高的孔徑精度（H7及以上）、較好的表麵粗糙度（鈦合（hé）金一般需要達到Ra1.6），以及相對較高的（de）位置精度（見圖（tú）1）。因此，孔係的精加工一般作為動部件加工的最後一道工序，由精密機床配合高（gāo）性能刀（dāo）具來完成。在孔係的精（jīng）加工（gōng）中如稍有不慎就會導致零件超差報廢，前功盡棄，功虧一（yī）簣。

圖1 動（dòng）部件精度孔的加（jiā）工需保證（zhèng）嚴格的孔（kǒng）徑（jìng）和表麵（miàn）粗糙度

高效刀具解決方案締造卓越品質

受限於鈦合金材質（zhì），動部件（jiàn）的精度孔（kǒng）無法采用磨（mó）削加工。在孔加工中，鏜鉸為最常見的加工方式，昌飛在動部件精度（dù）孔的加工中也大量采用了鏜削加工。在現有的（de）生產條件下，昌飛（fēi）通過不斷的實踐，總結出了一套鈦合金精加工刀具解決方案，實現了動部件的高效生產。

刀具的選擇。鏜刀是精密孔加工中不可缺少的重要刀具，精密鏜孔能夠達到很高的尺寸精度和良好的表（biǎo）麵（miàn）粗糙（cāo）度。目前使（shǐ）用的主流（liú）鏜頭均采用絲杠原理調整刀具直徑，結構（gòu）大（dà）同（tóng）小異，因（yīn）此鏜（táng）頭在加工過程中反複進退的定位精度（dù）十分重要。經過多次實踐，昌飛最終（zhōng）選用了山高（gāo）的A76002鏜（táng）頭，其微調精度（在（zài）直徑（jìng）方向（xiàng）上）可達2.5µm，徑精度最高可以實現 IT5，是（shì）用於孔的幾何形狀和表麵粗糙度全麵控製（zhì）的高剛性刀具（可以達到 Ra 0.6）。為了確保刀具的剛度，A76002采用“圓柱和法蘭（lán）”的刀具夾持設計，可以實現更高的速度、更高的生產率、更高的精度和更好的表麵粗糙度。可精密動平衡的A76002允許采用更高的速度，改善孔的幾何形狀和（hé）減小機床主軸的應（yīng）力。

圖（tú）2 A76002鏜頭配（pèi）合鏜杆具有2～20mm的鏜削覆蓋以及較大（dà）的刻度盤

刀片的選擇對於鈦合金孔加工有著直接（jiē）影響。優秀的鏜削刀片（piàn）可以（yǐ）在較廣的切削參數範圍內保（bǎo）持良好的表麵粗糙（cāo）度和圓度，並能有效減少深孔鏜削產生的讓刀現象。為此，昌飛在試切過程中針對刀片圓角、塗層及不同斷屑（xiè）槽進行對比試驗後，結合操作工的使用感受，選（xuǎn）擇了幾款刀片進行工藝優化（見表1）。其中，擁有PVD鍍（dù）層的（de）CP500在不鏽鋼（gāng）精加工和半精加工中具有極佳的韌性。

表1 試切刀片

鏜削（xuē）參數（FS值）。鈦合金導熱（rè）性能較差且材質偏（piān）黏（nián），故鏜削線速度無法達到鋼材或（huò）鋁合（hé）金材質，一般維持（chí）在30～35m/min可保證表麵粗糙度在Ra1.6以上。測試使用的山高刀片在試驗件上均表現出良好的加工精度，帶有鍍層的CP500係列刀片擁有更（gèng）好的耐磨性和壽命，而傳統的26G6無鍍層（céng）刀片經濟性（xìng）更（gèng）好（hǎo）。表2所示為CP500刀片的測試結果。

表2 CP500刀片的測試結果

進（jìn）刀量的確定。合適的進刀量選擇可以更快地將零（líng）件加工到（dào）位（wèi），小直徑、大長徑比（bǐ）精度孔的（de）加工則需要注意讓刀現象（xiàng）的發生，並在穩定鏜削參數的（de）前提下摸清（qīng）刀具（jù）變形量及表（biǎo）麵粗糙度成型的規律。以某型機連接件為例，雙叉耳孔（見圖3）要求兩孔直徑Φ18+0.021、同軸度0.05mm，需要懸長（zhǎng）至少92mm的鏜刀一次完成連孔加工。山高的A76002鏜頭（見圖4）配合懸長95mm硬質（zhì）合金鏜杆，在粗鏜至（zhì）單側留量0.2mm左右的前提下，按照0.1mm進給鏜刀，讓刀量穩定在0.002～0.004之（zhī）間，操作工可按此規律在3～4次進（jìn）刀之後將該連孔加工到位（wèi），並保證了（le）孔（kǒng）徑（jìng）和表麵粗糙度要求。

圖3 雙叉（chā）耳孔

圖（tú）4 加工雙叉耳孔使用的刀具

大直徑連孔的加工則需要相對更（gèng）慢的轉速和進給，配合R0.4的刀片完成精加工。圖5所（suǒ）示的槳葉配合連（lián）孔Φ48+0.027，同軸度（dù）0.1mm，空間局182mm，采用山高的46～50mm鏜刀仍可在3次進刀後加工（gōng）到位。若使（shǐ）用三把鏜刀按定鏜方式加工，效率（lǜ）更高。

圖5 連孔數（shù）模

效率提升夥伴助力高效生產

作為智能製造的試點單位（wèi），“穩產”和“成線”是昌飛動（dòng）部件製造的第一步，也是打造智（zhì）能工廠的先決條件。為順應飛機產品質（zhì）量和精度越來越高的要求，以及（jí）生（shēng）產節點的（de）進一步（bù）壓縮，節拍（pāi）化成為批生產主流。為此，昌飛機加部門不斷尋找高效且優質（zhì）的加工方式。就動部件來說，刀具的正確選用和使用尤為重要，其質量、加工效率經常成為製約零部件加工品質和交貨周期的首要因素。

通過（guò）不斷實踐總結，昌（chāng）飛機加車間針對產品材質範圍廣的特點，形成了針對不同（tóng）材（cái）料的高效加（jiā）工解決方案。在昌（chāng）飛（fēi）呂蒙機加（jiā）片區，山（shān）高刀具基本覆蓋了70%以上的（de）零件的精密孔加工，材質涵（hán）蓋鋁合金、鈦合金、不鏽鋼和淬硬鋼等材料（liào）。基於深厚的刀具研發及（jí）製造實力，山高為昌飛機加提供的各種（zhǒng）非標刀具也在各條生（shēng）產線上大顯身手。此外，其每年組織的交流與發布會也（yě）給昌飛數控加工帶來了先進的切削理念，高效、高質的加工刀具使（shǐ）得數控加工由難變易，加工技術水平（píng）逐步得到提升。

圖6 山高刀具基本覆蓋了其70%以上的零件的精密孔加工。

中航工業昌飛隸屬於中國（guó）航空工業集團公司，始建於1969年，是我國（guó）直升機科研生產基地和（hé）航空工業骨幹企業，具備研製和批（pī）量生產多品種、多係列、多型號直升機和航空（kōng）零部件的能力。曆經數十年的發展，昌飛現已形成軍機、民（mín）機和國際合作項目（mù）協調發展（zhǎn）的新格局，產（chǎn）品覆蓋1噸（dūn）級到（dào）13噸級直升機型號，並與美國西科斯（sī）基（jī）公司、波音（yīn）公司（sī）、意大利（lì）萊昂納多（duō）公司、中國商飛公司等國內（nèi）外知名航空企業開展深層次轉包合作生產。

山高（gāo）總部設在瑞典法格斯塔市，致力於開發創新的金屬切削解決方案，並與客戶密切合作以全麵（miàn）理解和專（zhuān）注於滿足他們的需求，因此譽滿全球。我們在 50 個國家/地區雇用了 5000 多名員工，並（bìng）通過培訓、發展和員工認同計劃以及開放的（de）溝通環境來提升（shēng）我們團隊成員的能力。我們的員工展現了三個核心價值觀 – 熱忱待客、家庭歸屬感和個人承諾，它定義了我們的經營之道以及我們與客戶、供應商和其他合作（zuò）夥伴之間的交往方式。如需了（le）解（jiě）更多信息（xī），請（qǐng）訪問 www.secotools.com。

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