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不等厚型钣金类零件加工工艺改进与研究

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不等厚型钣金类零件加工工艺改进与研究

发布日期:2018-03-23 作者: 点击:

钣金零件种类繁多,外形复杂,是构成飞机外形和内部结构的主要零件。大部分的钣金加工零件,均采用一定厚度的板料,仅进行成形、修切外形、钻孔等工序,零件成品的厚度均与板料原始厚度一致。但是,为了减轻飞机自重,增加飞机的载重量,或者其他因素,往往会对部分钣金件的局部区域进行减薄,该类钣金件称之为不等厚型钣金件。传统工艺是采用化铣腐蚀的方式,也称为化学铣切工艺。


采用化学铣切的方式,零件的加工区域厚度不均匀,表面质量较差,常出现化铣残留物等,需要工人手工打磨等,造成工人劳动量较大,零件质量不稳定,导致生产周期比较长,生产效率低等缺陷。此外,化学铣切存在化学污染、能耗高、消耗的铝材无法回收等弊端。因此,传统的化铣工艺已无法满足新型飞机对不等厚型钣金件质量和加工要求。为了提高不等厚型钣金件的加工效率和改进其工艺方法,本课题针对某不等厚型钣金件,考虑采用机加铣替代原有的化铣工艺,并合理规划其制造方案,为该类零件的加工工艺改进,提供了借鉴和参考。


不等厚型钣金件结构特征

某零件外形尺寸为315mm×204mm,厚度为5mm,化铣加工区域厚度为3mm,外形尺寸较小,呈阶梯状,多曲率零件,含有很多导孔,如图1所示。此零件为飞机机头结构件,需要与其他零件装配,尺寸精度和表面质量要求较高。



钣金类零件加工




该类零件传统的加工方式主要依靠化铣工艺,首先采用厚度一定的板料,利用液压成形技术,使板料成形为所需要的理论外形,成形后的零件呈等厚形状,液压成形模具如图2所示。再使用化铣样板进行定位和安装,将之前成形后的零件放入化铣槽,进行化学腐蚀加工,化铣样板设计图如图3所示。最后,去掉化铣的余量。具体工艺流程如如图4所示:


钣金加工





成形过程及特点

⑴零件生产成本高,周边需要保留30mm化铣余量,造成材料浪费;

⑵化铣精度不高,零件台阶处厚度不均匀,表面质量差;

⑶经常有化铣残留物,需要打磨和多次修外形,工人劳动量大;

⑷化铣零件成形质量差,报废率高,合格率低;

⑸零件的生产周期较长,不利于大批量产;

⑹化铣不仅对环境有伤害,化铣后的废料不容易回收和处理。

不等厚型钣金件机加铣工艺研究

机械加工铣切技术是指利用数控机床对毛坯进行加工或切割的加工方法。目前主要使用在汽车结构件、飞机大框、大梁等的加工中,但是,对于厚度较小的钣金零件还无法实现机加铣工艺。特别是对于零件厚度方向的加工,近年来,一直处于研究论证和试验阶段,还无法实现工程化应用。



研究进展

最近几年,国际上一些飞机制造公司通过与设备制造厂商合作,已经研制了多功能的数控铣切机床,既能铣切零件轮廓与钻孔,又能取代化铣工艺,完成钣金件厚度方向的精确加工。采用这种加工方式,加工效率比化铣高,表面光洁度比化铣好,台阶圆弧光滑过渡。不管是从加工质量、生产效率还是从经济性来看,数控铣的方式具有明显的优势。

目前,世界上比较先进的替代化铣的数控铣技术,主要是镜像铣切技术,其加工原理示意图如图5所示,零件加工示意图如6所示。该机床主要是增加了一套支承头,并在上面安装了超声测厚装置。通过该装置将测量结果反馈到机床控制系统,对机床加工主轴与支承头之间的距离进行补偿和实时控制,进而实现零件厚度的精确加工。该机床系统不仅可以实现零件厚度方向的精确切割,还可以进行零件轮廓、钻孔等精确加工。







加工工艺流程制定

该零件结构复杂,为多曲率零件,但尺寸小,曲率大。对于飞机结构中的不等厚型钣金件,主要用来减小零件的重量,进而减轻飞机的重量,故零件厚度减薄区域的边界尺寸公差要求比较大,一般为±1mm。因此,在该零件的机加铣方案制定中,采用先进行零件厚度的机械铣切加工,再进行零件液压成形等工序。同时,为了提高零件成形的效率,实现零件精确成形,在该方案中,制作了精确展开样板,重新设计了工装。如图7、8所示。具体工艺流程如图9所示:








试验验证

由于本项目研究的零件尺寸较小,而且机加铣工艺还不太成熟,在此项工艺改进和研究中,采用传统的铣床进行加工,所使用的铣床,与图10相似。







针对该项零件进行机加铣试验验证,得出该零件厚度方向的加工可以采用机加铣工艺,而且采用机加铣加工后的零件,符合设计尺寸要求,表面质量较好,精度高,工人劳动量少,避免了化铣过程中导致的零件缺陷,以及产生的化铣废液等对环境的污染。

成形过程及特点

⑴零件的生产周期缩短了,之前化铣零件需要一周的时间,目前,经过改进后,只需要半小时就可以;

⑵工人手工劳动量大幅度减小,基本不需要工人手工修外形和校正;

⑶零件表面质量和精度提高;

⑷加工效率提高,可满足零件大批量生产。

两种工艺方案比较

对该零件两种不同成形方案进行分析和比较,得出的结果如表1所示。






化铣工艺作为一种传统加工方法,已在飞机结构中的不等厚型钣金件的加工中广泛应用。但其效率低,成本高,不环保,加工后零件表面质量差等缺点,已严重影响到飞机零件制造向精密制造转型。同时,随着新一代飞机,以及世界各国对环保越来越重视,需要研究和开发一种新的工艺,替代落后的化铣工艺。


机械加工铣切技术作为一种广泛应用于飞机承力件等的结构件加工中,经过本课题的研究,首次将其推广应用到不等厚型钣金件的加工中,对未来该技术在该类零件加工中的应用,具有重要意义及应用价值。同时,通过本次研究,验证了将机加铣应用到不等厚型钣金件制造中的可行性,积累经验,锻炼了技术人员和操作人员,为后续相关工艺技术的实施提供了可借鉴的经验。


本文网址:http://www.hzjzlaser.com/news/418.html

关键词:钣金类零件加工,钣金加工,浙江钣金加工

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