CN112477355B - 一种薄片叠层成组整体加工成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属机械加工工艺方法技术领域，涉及一种薄片叠层成组整体加工成型方法。本发明薄片叠层成组整体加工成型方法用长方形金属片毛坯和硬质金属板交替组成三明治结构的薄片叠层。其中薄片叠层包含长拉扭片和短拉扭片两种薄片，短拉扭片以数量对称方式分布于长拉扭片上下两侧然后进行润滑，定位后从上到下铣削外轮廓，先铣削短拉扭片小外轮廓，再铣削长扭片大外轮廓，将大、小外轮廓的分界面控制在硬质金属板上，并将上侧短拉扭片取下一半放置于长拉扭片下侧，完成薄片叠层整体加工成型。本发明方法所制成的薄片叠层加工成型质量好、工艺稳定性强、生产效率高、成品率高，能够有效满足直升机尾桨毂拉扭条组件的工艺要求。

Description

一种薄片叠层成组整体加工成型方法

技术领域

本发明属机械加工工艺方法技术领域，涉及一种薄片叠层成组整体加工成型方法。

背景技术

直升机尾桨毂拉扭条组件功用是承受尾桨叶旋转产生的离心力和产生扭转变形以实现尾桨变距运动。而直升机尾桨毂拉扭条组件一般采用薄片叠层结构，叠层采用不同不锈钢叠片组合而成，要求材料、尺寸、结构形式完全一致。然而现有技术直升机尾桨毂拉扭条组件的薄片层叠结构进行成体加工时存在较大工艺难题和技术问题，如：

1、如何使不锈钢薄片叠层成型并保证各层薄片的孔距一致，即精度孔距117.5±0.02mm，且堆叠后组合孔完全重合,即保证堆叠后组合孔精度孔径Φ15H7(+0.018/0)mm，以保证最终整体精度安装要求。

2、由于不锈钢材料机加切削力大、切削温度高、易粘连、不易断屑，且60片不锈钢薄片叠层层叠后又很难压实、压紧，整体刚度差，致使铣削、镗削时产生的飞边毛刺被径向铣削抗力返挤入各层薄片叠层内部，导致各层薄片叠层间出现翘曲、分层、变形、颤刀纹等质量缺陷，同时降低整体性，在承载外部拉伸、扭转载荷时，易出现局部破坏，最终无法使用而报废。

3、如何实现外轮廓大小有差异的叠片同时成型，保证加工一致性，避免两次加工带来的二次装夹定位误差及数控对刀误差。

发明内容

本发明的目的：提出一种加工成型质量好、工艺稳定性强、生产效率高、成品率高的薄片叠层成组整体加工成型方法。

本发明的技术方案：一种薄片叠层成组整体加工成型方法，其用长方形金属片毛坯和硬质金属板交替组成三明治结构的薄片叠层，其中，薄片叠层包含长拉扭片和短拉扭片两种薄片，短拉扭片以数量对称方式分布于长拉扭片上下两侧然后进行润滑，定位后从上到下铣削外轮廓，先铣削短拉扭片小外轮廓，再铣削长扭片大外轮廓，将大、小外轮廓的分界面控制在硬质金属板上，并将上侧短拉扭片取下一半放置于长拉扭片下侧，完成薄片叠层整体加工成型。

所述金属片毛坯为不锈钢薄片毛坯，所述硬质金属板为硬质铝板。

所述三明治结构的薄片叠层总共为7层，其中，硬质铝板在外侧，不锈钢薄片毛坯在内侧。

所述润滑是通过将薄片叠层浸润于润滑油中进行润滑，并进行挤压排气。

铣削加工时的镗刀采用前角20°-30°、主偏角60°-75°的硬质合金刀具。

所述铣削加工不锈钢薄片叠层外轮廓时，立铣刀的螺旋角选用大螺旋角50°。

铣削加工时采用大切深及高进给量。

所述薄片叠层在铣削加工前，通过采用贯穿薄片叠层的定位销过赢配合进行定位。

本发明的有益效果：本发明薄片叠层成组整体加工成型方法采用薄片叠层整体切削加工成型策略，一次装夹定位加工成型，保证各层薄片的精度孔距117.5±0.02mm和堆叠后组合孔重合度并同时保证堆叠后组合孔精度孔径Φ15H7(+0.018/0)mm，同时采用镗削和铣削成型方式，工艺性强、适应性广，当设计尺寸发生变更时，仅通过简单的数控程序修改即可重新生产。

本发明通过构造“三明治结构的工艺夹层”，将薄片叠层分组夹持于硬质铝板之间，提高薄片叠层整体刚度，增加层间夹紧力、压实度、紧实度，避免加工时产生的飞边毛刺被径向铣削抗力返挤入各层薄片叠层内造成翘曲、分层、变形、颤刀纹等质量缺陷。

本发明方法中，硬质铝板的选材为硬铝材料，如选取硬铝2A12-T4，强度大，其抗拉强度可达469Mpa，硬铝还具有良好的机械性能，切削性好，高强度有利于各组薄片叠层的夹紧和压实，增强切削加工时的层间剪切断屑效应，切削性好则降低了机床刀具的整体切削负荷和切削抗力。

本发明将“三明治结构的工艺夹层”浸润于润滑油(合成航空润滑油)中，使各层薄片表面充分、均匀润涂润滑油，当“7层三明治结构的工艺夹层”在上下外部压紧力作用状态下，润滑油液会挤排出层间空气，在大气压作用下，薄片叠层各层贴合更加紧密、牢固，整体刚度再次增加，同时在5)工步钻镗孔及7)工步铣削外轮廓时，薄片叠层各层间的润滑油也有润滑切削区域的作用。

本发明在综合研判不锈钢材料加工工艺性及加工系统的弱刚性特点基础上，对镗孔精加工刀具的材质、结构进行优选，镗刀采用前角20°-30°、主偏角60°-75°的硬质合金刀具，提高加工工艺稳定性。

本发明通过定位销子8与薄层叠片组合孔径D的过度配合关系，实现高定位精度，保证薄片叠层各层薄片两侧孔及外轮廓相对位置的高度一致性。

本发明加工外轮廓时，采用从上到下铣削外轮廓，先铣削短拉扭片小外轮廓，再铣削长扭片大外轮廓，一次装夹定位即可完成长拉扭片与短拉扭片两种规格大小外轮廓的成形，避免正反两次装夹带来的二次装夹定位误差及数控对刀误差。

本发明为保证外轮廓铣削边缘光滑齐整、无飞边毛刺，同时降低径向铣削抗力，对立铣刀结构进行优选，采用既锋利又抗冲击的刀具结构，同时优化加工参数，采用大切深及高进给量，实现对薄片叠层的成组整体加工成型，满足直升机尾桨毂拉扭条组件工艺要求，因此相对于现有技术具有显著的技术进步和突出的技术效果。

附图说明

图1是某薄片叠层结构示意图；

图2是某薄片叠层结构剖视图；

图3是构造三明治结构的工艺夹层示意图；

图4是整体加工薄片叠层组合孔示意图；

图5是薄片叠层组合孔定位后铣削外轮廓示意图；

图6是薄片叠层成型后取下各层间的硬质铝板后的结构示意图；

其中，1-层为5mm厚硬质铝板，2-层为第一组20片长方形不锈钢片毛坯，3-层为5mm厚硬质铝板，4-层为第二组20片长方形不锈钢片毛坯，5-层为5mm厚硬质铝板，6-层为第三组20片长方形不锈钢片毛坯，7-层为5mm厚硬质铝板，8-定位销，9组合孔，11-组件，12不锈钢薄片叠层，13-长拉扭片、14-短拉扭片。

具实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

某实施例中，某型机尾桨毂拉扭条组件采用不开槽拉扭片叠层结构形式，属薄片叠层，其为60片0.3mm不锈钢片层叠结构，叠层包含长拉扭片和短拉扭片两种薄片(见图1和图2)，短拉扭片以数量对称方式分布于长拉扭片上下两侧，短拉扭片比长拉扭片外轮廓稍小，除此之外，要求二者材料、尺寸、结构形式完全一致。

本实施例中，本发明薄片叠层成组整体加工成型方法采用成组铣削、镗孔整体成型，同时利用切削性良好的硬质铝板夹在薄片叠层内，类似“三明治”形式，使硬质铝板均匀地将薄片叠层分成若干组，提高薄片叠层整体刚度及各层间的压紧力，后将“三明治结构的工艺夹层”浸润于润滑油(合成航空润滑油)中，使各层薄片表面充分、均匀润涂润滑油，当“三明治结构的工艺夹层”在上下外部压紧力作用状态下，润滑油液会挤排出层间空气，在大气压作用下，薄片叠层各层贴合更加紧密、牢固，整体刚度再次得到增加，提高切削稳定性和剪切断屑能力，避免加工时产生的飞边毛刺被径向铣削抗力返挤入各层薄片叠层内造成翘曲、分离，降低整体性及承载能力。

请参阅图3至图6，本发明一种薄片叠层成组整体加工成型方法具体实施过程，其具体操作步骤如下：

1)领料并按纤维方向下长料，制成长方形不锈钢片毛坯，并进行校正，确保表面平整、无翘曲，检查表面不允许有划伤、冲击、腐蚀等缺陷；

2)制作4块与长方形不锈钢片毛坯长宽一致的硬铝材料的5mm厚硬质铝板1、3、5、7；

3)构造“三明治结构的工艺夹层”(见图3)，将60片长方形不锈钢片毛坯分成2、4、6共计3组，第1层为5mm厚硬质铝板1，第2层为第一组20片长方形不锈钢片毛坯2，第3层为5mm厚硬质铝板3，第4层为第二组20片长方形不锈钢片毛坯4，第5层为5mm厚硬质铝板5，第6层为第三组20片长方形不锈钢片毛坯6，第7层为5mm厚硬质铝板7，以此形成的7层“三明治结构的工艺夹层”在上下外部压紧力作用状态下的整体静刚度、紧实度将大幅增加，同时各组长方形不锈钢片毛坯上下均被硬质铝板夹紧、压实，机械切削加工时的剪切断屑效应更佳，保证5)工步镗削孔径内壁和7)工步铣削外轮廓时各层薄片切削面边缘光滑齐整、无飞边毛刺，当然“三明治结构的工艺夹层”的层数可根据长方形不锈钢片的单片厚度及总层数进行调整，以保证最佳效果；

4)将“三明治结构的工艺夹层”浸润于润滑油(如：合成航空润滑油)中，使各层薄片表面充分、均匀润涂润滑油，当7层“三明治结构的工艺夹层”在上下外部压紧力作用状态下，润滑油液会挤排出各层薄片间的空气，在大气压力作用下，薄片叠层各层贴合更加紧密、牢固，整体刚度再次得到增加，同时在5)工步钻镗孔及7)工步铣削外轮廓时，薄片叠层各层间的润滑油也有润滑切削区域的作用；

5)将7层“三明治结构的工艺夹层”整体安装在数控机床工作台上并施加外部压紧力压紧，数控编程完成钻孔、镗孔(见图4)，镗孔加工时属于精加工，由于不锈钢材料切削力大、切削温度高、刀具磨损快，故需选用强度高、导热性好、耐磨性强的YW或YG类硬质合金刀具，同时由于薄片叠层整体刚性低，切削时易产生振动，造成刀刃产生微崩现象，综合考虑以上特点，所以为使切削轻快、提高刀具寿命，镗刀宜采用较大前角的硬质合金，精加工时取20°-30°之间为宜，为降低镗削加工振动、提高加工精度，硬质合金镗刀的主偏角取60°-75°之间为宜，最终保证孔径D及孔距L，参见图2，一次装夹加工的各层薄片的孔距一致性好，各层薄片的两侧孔距误差在0.01mm范围，同时获得堆叠后组合孔精度孔径Φ15H7(+0.018/0)mm；

6)制作两个定位销子8，为保证高定位精度，定位销子8与薄层叠片组合孔径D为过度配合关系，将两个定位销子8分别插入薄片叠层两侧两个组合孔内，完成高精度定位(见图5)，以此保证堆叠后精度组合孔的高重合度；

7)数控编程从上到下铣削外轮廓，先铣削短拉扭片小外轮廓，再铣削长扭片大外轮廓(见图6)，注意需将大、小外轮廓的分界面控制在硬质铝板上，保证大、小外轮廓铣削在薄片叠层上的连续性，这样一次装夹定位即可完成长拉扭片与短拉扭片两种规格大小外轮廓的成形，避免正反两次装夹带来的二次装夹定位误差及数控对刀误差，也提高了外轮廓成形效率、降低制造成本，同时铣削加工不锈钢薄片叠层外轮廓时，立铣刀需选用既锋利又抗冲击的刀具结构，螺旋角选用大螺旋角50°，同时优化加工参数，采用不小于5倍薄片厚度的大切深，切削速度为80～180mmmin，进给速度为0.15～0.4mm/齿，整、无飞边毛刺；

8)拆卸两个定位销子8，取出各组薄片叠层夹层间的5mm厚硬质铝板1、3、5、7，将上侧短拉扭片取下一半放置于长拉扭片下侧，即完成薄片叠层整体加工成型；

9)按此工艺方法加工成型的拉扭条组件，各层薄片的孔距一致性好、堆叠后精度组合孔重合度极高、外轮廓边缘光滑齐整、无飞边毛刺，各层薄片叠层无翘曲、分层、变形、颤刀纹等质量缺陷，同时整体性极强，在承受外部拉伸、扭转载荷时薄片叠层各层受力均衡，疲劳寿命显著提高，达到高质量交付要求，现已正常装机使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，对本发明进行详细描述，未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，用长方形金属片毛坯和硬质金属板交替组成三明治结构的薄片叠层，其中，薄片叠层包含长拉扭片和短拉扭片两种薄片，短拉扭片以数量对称方式分布于长拉扭片上下两侧然后进行润滑，定位后从上到下铣削外轮廓，先铣削短拉扭片小外轮廓，再铣削长扭片大外轮廓，将大、小外轮廓的分界面控制在硬质金属板上，并将上侧短拉扭片取下一半放置于长拉扭片下侧，完成薄片叠层整体加工成型。

2.根据权利要求1所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，所述金属片毛坯为不锈钢薄片毛坯，所述硬质金属板为硬质铝板。

3.根据权利要求2所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，所述三明治结构的薄片叠层总共为7层，其中，硬质铝板在外侧，不锈钢薄片毛坯在内侧。

4.根据权利要求3所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，所述润滑是通过将薄片叠层浸润于润滑油中进行润滑，并进行挤压排气。

5.根据权利要求4所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，铣削加工时的镗刀采用前角20°-30°、主偏角60°-75°的硬质合金刀具。

6.根据权利要求5所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，所述铣削加工不锈钢薄片叠层外轮廓时，立铣刀的螺旋角选用大螺旋角50°。

7.根据权利要求6所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，铣削加工时采用大切深及高进给量。

8.根据权利要求7所述的薄片叠层成组整体加工成型方法，其特征在于，所述薄片叠层在铣削加工前，通过采用贯穿薄片叠层的定位销过赢配合进行定位。

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