CN110193705A - 一种ld5-cs自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自由锻铝合金零件的铣削加工工艺，属于航空精密制造加工领域，具体涉及一种LD5‑CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺。一种LD5‑CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，包括以下步骤：（1）下料；（2）铣立方；（3）钻、铰工艺孔；（4）粗加工；（5）热处理；（6）扩、铰工艺孔；（7）装夹；（8）精铣端头及外敞斜面；（9）精铣槽腔；（10）精铣槽腔侧壁；（11）插铣转角及接底角；（12）其它机加工序；（13）计量检验零件。本发明具有如下优点：1、极大地提高了该类零件的加工效率，有效地延长了刀具的使用寿命。2、能够有效的提高零件合格率，满足实际生产节点交付。3、该零件加工工艺方案可作为参考与借鉴，在其它类似结构的零件上推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及自由锻铝合金零件的铣削加工工艺，属于航空精密制造加工领域，具体涉及一种LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺。
背景技术
LD5-CS自由锻铝合金是一种十分重要的机械加工材料，在航空航天制造加工领域应用广泛。
闭角深腔是典型的五轴零件加工特征，该类零件结构复杂且多含深腔，加工难度较大，一直是机械加工领域的难点问题。该类零件难加工主要体现在以下两方面：一方面，零件含有闭角结构，该结构特点决定了加工过程中需要五轴机床摆至一定的角度来切削零件，以满足尺寸与精度要求；同时该类零件也存在深腔结构，往往这些槽腔的深度一般在80~120mm之间，各个槽腔转角一般为R5或R6，槽腔底角一般为R3，这样的结构特点就决定了在铣腔选取刀具时要重点考虑刀具的刚性、动平衡性，采用的合适刀具长径比,合理使用加长刀杆装夹，以保证零件表面加工质量，但由于刀杆过长，刀具整体刚性不足，机床切参就必须相应减小，造成零件切削效率极低，加工时间过长；另一方面，对比传统的铝合金锻件加工工艺，由于在加工过程中，零件材料本身的特性造成应力得不到有效释放，会使得零件结构变形较大，槽腔扩张，造成壁厚尺寸等得不到保证，无法满足设计要求；因此，传统的铝合金锻件加工工艺方法不再适合此类零件加工。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，提供一种经济高效的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，包括以下步骤：
（1）下料；
（2）铣立方；
（3）钻、铰工艺孔；
（4）粗加工；
（5）热处理；
（6）扩、铰工艺孔；
（7）装夹；
（8）精铣端头及外敞斜面；
（9）精铣槽腔；
（10）精铣槽腔侧壁；
（11）插铣转角及接底角；
（12）其它机加工序；
（13）计量检验零件。
优选的，在步骤（3）中，采用小切深分多次进退刀，并及时补充冷却液，勤换钻头。
优选的，在步骤（4）中，采用大直径大切深铣刀，走刀方式由里向外加工进行。
进一步的，在步骤（4）中，粗加工时预留一定的切削余量，刀路转角处加上一定的转角圆弧进行过渡。
优选的，在步骤（5）中，σb≥365MPa，淬透最大深度150mm，并48小时自然时效处理。
优选的，在步骤（8）中，外敞结构部分按照以下加工方式：a. 采用顺铣加工;b.铣斜面采用单向顺铣行切方式，加工方向从斜面最低点到最高点。
优选的，在步骤（8）中，精铣切削参数：主轴转速S：4000~5000r/min，进给F：800~1000mm/min,最大切深1mm。
优选的，在步骤（9）中，摆角下刀，下刀方式采用震荡线下刀或螺旋下刀，下刀速度为正常加工进给速度的60%，走刀方式由里至外。
优选的，在步骤（10）中，采用整体硬质合金刀具以轴向分层方式对深腔周边加工到位。
进一步的，在步骤（10）中，编程方法采用五轴摆角侧齿行切，走刀模式选择One-way，；轴向每层最大深度1mm；刀具选用Φ16或Φ20的多齿整体硬质合金刀具；适当增加转角圆弧。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、极大地提高了该类零件的加工效率，有效地延长了刀具的使用寿命，大幅减少刀具费用，节约零件加工成本。
2、能够有效的提高零件合格率，满足实际生产节点交付。
3、该零件加工工艺方案可作为参考与借鉴，在其它类似结构的零件上推广使用，以获取不错的积极效益。
附图说明
图1是本发明实施例流程图；
图2是本发明实施例结构示意图；
图3是本发明实施例装夹俯视图；
图4是本发明实施例装夹侧视图；
图中，1、零件；2、精密虎钳；3、压板；4、螺栓；5、螺母；6、工作台；10、外敞斜面；11、槽腔；12、端头。
具体实施方式
下面结合附图1-4对本发明做进一步详述：如图1-4所示，一种LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，包括以下步骤：
（1）下料：确定零件材料牌号、炉批号，使所下的立方料尺寸公差保证在+5~+10mm内；
（2）铣立方：所铣立方上下底面保证0.1的平面度；
（3）钻、铰工艺孔：目的为了确定加工原点，但在实际钻孔中极易出现烧刀、断钻等情况，应注意采取小切深分多次进退刀加工，并及时补充冷却液，勤换钻头。
（4）粗加工：如图2所示，该自由锻铝合金零件的粗加工包含三方面，一是外敞斜面10，二是槽腔11，三是端头12。粗加工时采用大直径大切深铣刀（如焊接铣刀、整体硬质合金铣刀），走刀方式由里向外加工(Outward helical或Offset on part One-Way)进行。粗加工时应预留一定的切削余量（参考Ap：2mm，并视机床主轴功率，刀具切削条件而定）；另外粗加工时刀路转角处必须加上一定的转角圆弧进行过渡，用以减少不必要的刀具冲击，延长刀具使用时寿命；
（5）热处理：LD5-CS自由锻热处理：σb≥365MPa，由于其淬透最大深度150mm，而该自由锻毛坯尺寸长、宽、厚均大于150mm，因此在毛坯状态时不能够达到设计要求的热处理值；故存在步骤（4）内容，目的是使粗加工后的零件毛坯在某一方向上的厚度小于150mm，满足设计热处理要求；热处理后需要48小时自然时效处理，充分释放热应力；
（6）扩、铰工艺孔：步骤同（3），目的是重新校准工艺孔，确定加工坐标，随后光平面，目的是将应力释放后的原定位基准面处产生的变形量去除，以确定新的基准面；
（7）装夹：如图3-4所示，采用精密虎钳2夹持零件1，零件左侧用压板3端头平面顶住作定位用，并用螺母5、螺栓4固定装夹好，将零件1固定在工作台6上；
（8）精铣端头3及外敞斜面1：外敞结构部分加工一般按照以下加工方式进行：a.采用顺铣(Climb)加工，避免逆铣（Conventional），这样刀具在切离时切屑很薄，不易造成粘刀；b.铣斜面采用单向顺铣行切方式，加工方向应从斜面最低点到最高点，以避免刀具在向下加工时刀片崩刃；推荐精铣切削参数：主轴转速S：4000~5000r/min，进给F：800~1000mm/min,切深Ap符合刀具切削参数，推荐最大切深1mm，实践证明这样的切参可以保证机床高效率切削。
（9）精铣槽腔2：摆角下刀，下刀方式采用震荡线下刀或螺旋下刀，螺旋直径和下刀角度必须符合刀具切削参数，下刀速度调整为正常加工进给速度的60%，走刀方式由里至外（Outward helical或 Offset on part One-Way）；
（10）精铣槽腔侧壁： 采用整体硬质合金刀具以轴向分层方式对深腔周边加工到位。编程方法采用五轴摆角侧齿行切，走刀模式选择One-way，保证切削道路相同，零件表面光泽；轴向每层最大深度1mm；刀具通常选用Φ16或Φ20的多齿整体硬质合金刀具；适当增加转角圆弧；
（11）插铣转角及接底角：由于闭角侧壁处转角一般为R5或R6,而精铣深腔侧壁时采用的刀具为Φ16 或Φ20，使得转角附近侧壁铣削不干净，存在较大残余量，可以先使用直径Φ8或Φ10的整硬刀具进行插铣，去除较大余量转角残余后再进行转角精加工，该做法的主要目的也是为了将侧壁转角位置接平，并采用轴向分层切削，采用圆弧进退刀并适当增加转角圆弧。另外，槽腔底角一般为R3，在摆角加工时，采用的刀具为Φ6加长刀杆，以定角行切的方式加工，轴向分层最大深度0.3mm，径向根据余量情况也进行分层，尽量减少刀具振刀，保证加工质量；
（12）其它机加工序；
（13）计量检验零件：成检交付。
上述实施例仅仅是本发明的优选实施方式，不构成对本发明的限制。自由锻闭角深腔类结构零件也并不限于上述实施例中的零件，本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离本发明原理的基础上所做的任何引申、变形均在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）下料；
（2）铣立方；
（3）钻、铰工艺孔；
（4）粗加工；
（5）热处理；
（6）扩、铰工艺孔；
（7）装夹；
（8）精铣端头及外敞斜面；
（9）精铣槽腔；
（10）精铣槽腔侧壁；
（11）插铣转角及接底角；
（12）其它机加工序；
（13）计量检验零件。
2.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（3）中，采用小切深分多次进退刀，并及时补充冷却液，勤换钻头。
3.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（4）中，采用大直径大切深铣刀，走刀方式由里向外加工进行。
4.根据权利要求1或3所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（4）中，粗加工时预留一定的切削余量，刀路转角处加上一定的转角圆弧进行过渡。
5.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（5）中，σb≥365MPa，淬透最大深度150mm，并48小时自然时效处理。
6.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（8）中，外敞结构部分按照以下加工方式：a. 采用顺铣加工;b.铣斜面采用单向顺铣行切方式，加工方向从斜面最低点到最高点。
7.根据权利要求6所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（8）中，精铣切削参数：主轴转速S：4000~5000r/min，进给F：800~1000mm/min,最大切深1mm。
8.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（9）中，摆角下刀，下刀方式采用震荡线下刀或螺旋下刀，下刀速度为正常加工进给速度的60%，走刀方式由里至外。
9.根据权利要求1所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（10）中，采用整体硬质合金刀具以轴向分层方式对深腔周边加工到位。
10.根据权利要求9所述的LD5-CS自由锻闭角深腔类结构零件的铣削加工工艺，其特征在于：在步骤（10）中，编程方法采用五轴摆角侧齿行切，走刀模式选择One-way，；轴向每层最大深度1mm；刀具选用Φ16或Φ20的多齿整体硬质合金刀具；适当增加转角圆弧。
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