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    框架式钛合金铸件加工技术探析


    工方法,从而总结了钦合金铸件加工的指导性工艺资料。

      学士学位,研究方向为数控加工。

      在数控加工大发展的背景下,某机大型框架式钛合金铸件加工,对于数控加工来说,是前所未有的。框架式钛合金铸件的加工,是提升加工水平的标志,对数控加工技术的发展,具有深远的意义。

      1零件的用途某机型后机身部分由4个框和2个大铸件组成骨架。某机型平尾和垂尾是合一的,铸件垂尾孔安装的是垂尾轴,垂尾轴与机身垂直面成一定角度,垂尾轴可以绕着垂尾轴线转动。可以看出,垂尾轴上的力主要集中在铸件上。铸件内侧连接4个框中的3个,之间都是用高锁螺栓连接。这充分证明了铸件是主要的承力构件,也是后机身中关键的零组件之一。

      2零件分析2.1零件的毛料信息毛料为溶模铸造和砂型铸造两种。

      净质量:熔模铸造为110kg砂型铸造为150kg. 2.2零件典型结构特征及加工难点零件结构很复杂,工艺性极差,刚性差,结构不稳定,加工中极易变形。

      协调关系复杂,配合面多,配合精度要求高。

      零件尺寸精度及装配精度要求高,不易保证。

      上下表面为理论外缘,由于铸造时保证不了设计要求,外形偏差大,机加工时位置余量难协调。

      700mm,壁薄,采用一般加工方法会产生颤动,造成刀具断裂,影响加工部位的精度要求。

      垂尾孔为台阶孔,最大直径少228mm,最小直径为少190mm,孔长450mm,孔径公差+0.01.如果米用数控镗孔技术,能够保证关键尺寸要求,并且可以与数控铣一个装夹方式利用其摆角加工,但是所需镗刀总质量超出了数控机床的最大承拉重力(198N以下)。

      150mm,下刀深170mm),开敞性较差。

      径为少22H8mm.铸造中不易控制孔的位置,故铸件腹孔是没有底孔的。下刀空间小,尤其是下腹孔,下刀窗口只有115mmx 160mm,而且还是腹凸台的反面(正面下刀空间为59mmx 2.3零件的关键尺寸及精度垂尾助力器支持框架属于关键零件,数模中有4处关键尺寸和4处重要尺寸。关键尺寸为安装轴承区大孔尺寸少(200+00mm、少(220+00mm,两轴承端面安装区尺寸(411±0.1)mm,垂尾孔与作动孔间空间尺寸(225±0.1)mm;重要尺寸为作动孔处槽口宽尺寸34.1H11mm(槽深150mm,下刀深170mm),作动孔端面到另一侧端面(壳体内部)尺寸(60.1 2.4加工方案的论证每个零件从毛料加工到成品交付,都需要一个工艺加工过程,而过程的合理与否,就决定着产品最终的品质。加工前的工艺过程设计,是至关重要的。

      主要从毛料分析、零件分析、加工分析、工装刀量具的分析逐步入手。

      加工方案的论证,主要是考虑加工设备的选取、工人的技术水平、工装的设定等方面。

      3加工的准备及控制通过前面的分析可知,影响加工方案的因素很多,如铸件没有直接用来加工的基准、加工余量的协调、零件易颤动、垂尾孔长(长450mm)、空间尺寸难保证、槽口长(下刀深170mm)、壳体内部的孔没有下刀的空间等因素。

      3.1加工基准的确定铸件没有直接用来加工的基准,数模中①面(如)要求是平面,但铸造不能保证该面的平面度,也就是说不能用来作为加工的基准。必须在铸件外部增加工艺基准(工艺凸台),铸件铸造后通过加工工艺凸台来调整加工的余量。在设计数模上增加工艺凸台,即制作工艺数模,将此工艺数模作为铸造、加工、检查的原始依据,达到制造依据统一。

      余量的协调分为铸造厂划线和机加厂协调两个阶段:铸造厂对铸件进行加工余量的协调,并画出继承铸造的机加加工基准线(利用两点投影交叉法),包括在加工的坐标系下X、Y、Z方向的基准线。划线不能保证每处机加面的余量和设计要求的壁厚,也不能保证上下表面(弧面)在相对较均匀的状态下。

      能否加工出产品,对于铸件来说,工艺余量的分配显得尤为重要。此件是典型的壳体结构,加工面基本上都是单面加工,而且分部在壳体的6个面上,加工余量的分配十分困难。单面增加工艺余量,只能是去除量的大小,不能保证理论壁厚,要想达到双面增加余量,可能加工后会与非铸造面产生阶差,影响设计的流水性和强度的均匀性,这是设计不允许的。整体增加余量,会增加整体净质量。

      3.3工艺装备的需求对工种的考虑。该机型为研制阶段,应尽量减少专用工装的数量,从以下几个工种来考虑。

      一是数控铣。采用自制铣夹。

      二是垂尾孔加工。垂尾孔径最大为0 228mm,孔的最长处为450mm,加工的工具不能保证刚性,利用机床主轴直径小的特点加工,加工时得将孔放置成水平,用固定镗夹来加工。

      三是垂尾孔挡轴承用衬套的固定孔,一个在外侧(数控加工),另一个在壳体的内侧(刀具不能伸入到腔体内)。利用钻模在垂尾孔内侧加工。

      四是腹鳍孔的检查夹具,腹鳍孔在壳体内部,测量机不能测量此孔,检查用专用对专用刀量具的需求。

      一是腹鳍孔在壳体的内部,正常机床尺寸不能伸入到内部去加工,申请购买专用角度头,最大扭矩二是腹鳍孔下刀空间小,用角度头加工时配备专用钻头、铰刀。

      三是作动槽口34.1H11mm(槽长150mm)专用检查塞规。

      四是挡轴承用衬套的固定孔锪平专用划钻。

      五是镗床用的数显镗头2个,加工范围为4加工过程材料检验按线调整零件铣基准钻小孔测量机测量―分析数据出调整方案扩基准孔反复校铣基准台―数控粗精铣―测量机检测―第二次装夹数控粗精铣―测量机检测―粗镗孔―按外形测量点修正外形钳工接平―全面清洗―测量机测量―热处理―精镗孔―测量机测量―数控钻挡衬套孔―测量孔位―数控钻铰腹鳍孔铣掉工艺凸台清洗―荧光―排除裂纹―标识―检验―待装配。

      可以看出,加工方案中关键性的步骤,是基准的调整、数控铣加工、垂尾孔加工(关键特性除Z101外,都在这里形成、腹鳍孔加工这几个方面。这几步也是影响工艺方案最大的地方。下面将通过这几方面展开阐述。

      4.1加工基准的调整借助铸造厂带的基准线铣出粗基准,即工艺凸台(2处)上钻小盲孔0凸台(每面8处)洗平,高于铸造基准线5mm.总的原则为:大孔轴线为第一基准,通过大孔轴线向工艺孔凸台返理论距离77.5mm(左右方向是死基准,即必须得保证大孔轴线的位置不能动),确定第一个基准孔,再返孔距确定第二个孔,见。

      下孔下刀窗口内部孔利用测量机测量上下表面、机加套合区距理论数据的偏离程度。利用CATIA出测量点,分布在上下表面和机加面上。

      测量点选取总的原则为:加工外形测量相应的内形,加工内形测量相应的外形。通过对测量数据的分析,来调整工艺孔的位置,采用扩孔打平面的方式,重新确立加工的基准。并通过上下表面两端头的测量数据进行校验。

      4.2数控铣切加工铸件加工面分布在不同的6个面上,对于这类框架式的结构,应尽量减少装夹的次数、减少基准的转换,才是最好的加工方式。根据工艺凸台、工艺孔的位置,保证各面都能加工到,基本确立通过两次装夹、基准统一在工艺孔和工艺凸台面,来实现零件的加工。采用数控铣加工误差小,对大孔的影响也小。

      4.3垂尾孔加工垂尾孔为台阶孔,最大直径0 228mm,最小直径为0190mm,孔长500mm,孔径公差+0.05.孔的加工为正反镗加工,加工大致分为两种,数控镗和常规镗。

      数控镗的优势,是可以与数控铣一个装夹方式利用其摆角加工,但得有专用镗刀,镗刀的参数(加工直径、长度、净质量、刚性)显得尤为重要,要想加工出合格的产品,刀杆必须得有足够的刚性,相反,整体刀具的净质量在20kg(数控机床的最大承受拉重力)以下。

      常规镗的优势,是其主轴直径为0以通过大孔来加工。但得有专用工装将垂尾孔放水平来加工。

      4.4角度头技术的应用壳体内的孔有两个,分别靠近上下表面,简称上孔和下孔,见。上孔孔径为0 18H8mm,下孔孔径为022H8mm.铸造中不易控制孔的位置,故铸件内部孔是没有底孔的。下刀空间非常小,尤其是下孔,下刀窗口只有115mmx 160mm,而且还是凸台的反面(正面下刀空间为59mmx82mm)。

      壳体内大直径孔的加工,大致有两种方式:自动进给钻和自动进给工装(类似设备)。加工首先应考虑的是自动进给钻,在标准的自动进给钻不能满足要求的情况下,申请特制。但由于空间太小,无法特制出自动进给钻。研制自动进给工装,自动进给工装需要电机、皮带等辅件,这样工装就成了设备,也是不可取的方法。

      数控加工是现代加工的趋势。数控机床之所以加工不了,是因为机床的加工头直径大,不能伸到壳体内部加工,缺少的是小直径的转换装置角度头。选用小规格的角度头,安装在数控机床上,既可以实现加工,又可以实现数控加工。

      角度头种类繁多,有固定角度的,也有变角度的。铸件上使用的角度头,是固定90.的,是在立式机床的卧头上或有C角的五坐标机床上使用的。角度头夹持尾部,就是标准的刀柄,机床主轴旋转通过内部传动结构,输出90°方向的旋转。角度头通过机床主轴端面的螺栓固定在机床主轴上,制作符合机床和角度头双向要求的止动垫块。止动垫块的作用,是使角度头外壳不随主轴旋转,顶住限制角度头内部旋转的销,使角度头随主轴旋转。角度头安装到机床上后,得先拉直角度头是否水平,在角度头夹紧刀处插上标准销棒,再用百分表拉直销棒,如果不平,则拔出角度头上调整水平角度的限位销,扭动角度头体(可调范围0°360°)使之达到水平位置。便可以伸到内部加工了,见。

      角度头的使用角度头角度头还可以应用到其他零件的加工上,比如框类零件的钻导孔加工、用三坐标机床加工壁板类零件缘条上的导孔等等。角度头的应用,既可以减少工装的使用,又可以减轻大量的劳动力,使钳工从高强度的钻导孔工作中解脱出来。

      (下转第150页)4.2运用情况铆接品质。经过试用阶段的多次铆接实验,采用调节行程开关位置改变冲头极限位置,保证了铆钉卷边品质;通过调节压力调节旋钮4,可调节压缩气体的压力大小,从而调节冲铆力的大小,保证铆接品质。

      操作安全性。设计了手动和脚踏两种开关形式,当本设备进行面料冲孔时,采用脚踏控制模式,提高加工效率;当本设备进行铆接时,可改用手动控制模式,以避免由于操作者手靠近冲铆位置,当操作不熟练或疲劳操作时,出现手脚不协调而冲到手指的安全事故。

      效率。因为没有自动送铆钉装置,每次铆接需要人工放置铆钉、挂钩、购物袋、垫片,铆接速度不高,效率较低。若配备自动送铆钉机构或是增加工位,则可大幅提高铆接效率。

      5结束语多功能箱包冲铆机结构紧凑,运行平稳,可靠性强,具有明显的实用价值与推广价值,已于2011年6月试制成功,并已获专利。


    【上一个】 为实际生产中分析铸件夹渣原因提供依据 【下一个】 大型钛桨叶铸件生产工艺在铸造过程中存在以下几个难点

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