CN115890163B - 一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，为了节省毛坯材料并提高零件加工效率，毛坯为事先定制的小余量模锻件，并采用五坐标高速铣机床进行粗加工、半精加工和精加工，且在毛坯两侧补块处铣出应力释放槽，以释放粗加工机加应力和毛坯残余应力，在加工过程中多次翻面铣基准平面、扩铣工艺孔后，进行自然时效以控制零件加工过程中的变形，通过选择合适的刀具与热缩刀柄，优化切削工艺参数和走刀策略，最后采用真空吸附平台工装，有效解决零件加工中的装夹和振动问题，保证零件尺寸和精度。
Description
技术领域
本发明涉及进气道制造技术领域，尤其涉及一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺。
背景技术
飞机油箱进气道壁板的材料为铝合金模锻件，其尺寸大、壁薄、结构复杂，长度超过1500mm、曲面弦高300mm，但曲面壁厚和筋条厚度仅为1.5mm，整个零件呈开放式U型结构，零件型面均为曲面，曲面外形面上有多处筋条，形状复杂，且曲率变化很大，属大曲率全型面薄壁结构件。加工该零件有以下四大难点：1）零件为复杂大曲率全型面薄壁件，尺寸大，结构复杂，材料去除率在95％以上，且大量材料去除率集中在有筋面，加工中易变形，且变形后无法校形；2）零件壁薄、结构复杂，薄壁特征尺寸加工易超差，需要考虑装夹稳定性、工艺可行性等因素，制定质量稳定、加工高效的工艺方案难度大；3）零件型面均为曲面，无平面作为装夹定位基准，零件定位装夹困难，加工时易产生振动；4）零件曲率变化大，且存在高筋大闭角结构，加工困难，闭角难加工。
专利200910186128.0公开一种双曲面薄壁壁板加工工艺方法，能够实现薄壁壁板加工，主要加工1m以内零件，其存在以下不足：一是粗加工采用热处理方式、时效96小时的方式去除零件残余应力，从而控制零件变形，该方法耗时长，不满足批量生产要求；二是为了保证加工质量，粗加工和半精加工后余量较大，加工周期长；三是在具体工艺流程中未明确变形控制方法和具体加工策略。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺， 为节省毛坯材料并提高零件加工效率，毛坯为事先定制的小余量模锻件，并采用五坐标高速铣机床进行粗加工、半精加工和精加工，具体步骤如下：
1）铰制工艺孔
校正毛坯余量，确定工艺孔位置，并在毛坯上钻、扩、铰制出工艺孔；
2）开压板槽
在加工有工艺孔的毛坯两侧补块处开有用于装夹压板的压板槽；
3）凸面装夹
在毛坯上铣凹面补块定位面，并去除余量；
4）粗加工零件凹面
将步骤3）中凸面装夹完成的毛坯翻面，进行凹面装夹，以工艺孔和凹面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凹面加工：先在毛坯两侧补块处铣出应力释放槽，以释放粗加工机加应力和毛坯残余应力，而后在粗加工凹面留余量，铣凸面补块定位面，保证平面度；
5）粗加工零件凸面
将步骤4）中完成凹面加工的毛坯翻面，进行凸面装夹，以工艺孔和步骤4）中铣出的凸面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凸面加工，粗加工凸面留余量；
6）自然时效
大于72小时，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形和切削热引起的机加应力；
7）凸面装夹
待步骤6）中自然时效完成后，进行凸面加工，自由状态下铣凹面补块定位面，保证平面度；
8）半精加工零件凹面
将步骤7）中完成凸面加工的毛坯翻面，进行凹面装夹，以工艺孔及步骤7）中铣的凹面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凹面，半精加工凹面留余量，铣凸面补块定位面，保证平面度，得半精加工零件凹面；
9）半精加工零件凸面
将步骤8）中得到的半精加工零件凹面翻面，进行凸面装夹，以工艺孔及步骤8）中铣的凸面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凸面，半精加工凸面留余量，得半精加工零件凸面；
10）自然时效
大于72小时，用于释放半精加工过程中因材料塑性变形和切削热引起的机加应力；
11）凸面装夹
将步骤10）中完成自然时效的半精加工零件，进行凸面加工，自由状态铣凹面补块定位面，保证平面度；
12）精加工零件凹面
将步骤11）中完成凸面加工的零件翻面，进行凹面装夹，以工艺孔及步骤11）中铣的凹面补块定位面定位，在零件两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行精加工零件凹面；
13）去除零件两侧补块处的补块；
14）精加工零件凸面
将去除补块的零件进行凸面装夹，以工艺孔及步骤12）中精加工的零件凹面定位，使用真空吸附平台工装，附带螺钉装夹，确保零件凹面型面与工装型面贴合吸紧，零件凸面加工流程为：半精加工腹板及筋条→精加工腹板→精加工筋条→斜度球形铣刀清闭角残余；
零件凸面设计较多筋条，均为交替式开、闭角双曲面结构，且零件闭角较大，采用常规球头刀无法将闭角加工到位，选用斜度球形铣刀对闭角区域进行分段定角行切清残余；
15）精铣零件侧边
待步骤14）中零件凸面精加工完成后，继续保留步骤14）原装夹，精加工零件四周侧边到位；
16）计量零件
将步骤15）中完成精铣的零件进行计量，不符合计量标准的零件予以除去；
17）去除工艺孔处补块
最后去除零件上工艺孔处补块，即完成大曲率全型面进气道壁板制造。
在本发明中，步骤4）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后在粗加工凹面留7~10mm余量，并扩铣工艺孔。
在本发明中，步骤5）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后在粗加工凸面留7~10mm余量，同时扩铣工艺孔。
在本发明中，步骤8）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后进行半精加工凹面留3~5mm余量。
在本发明中，步骤9）中，半精加工凸面留3~5mm余量，并扩铣工艺孔。
在本发明中，步骤11）中，零件采标准垫块垫高后进行凸面加工。
在本发明中，步骤12）中，零件采用标准垫块垫高后进行精加工零件凹面。
在本发明中，步骤12）中，因零件凹面槽腔深约300mm，为避免因刀具太长引起刀具振动，并提高制造效率，使用刀具与加长热缩刀柄组合的方式进行铣削。
有益效果：本发明提供一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，有效解决零件的装夹、定位难题，从而避免大曲率全型面进气道壁板加工过程中的振动问题，同时能够控制零件加工过程中的变形带来的零件闭角残余问题，进而保证零件尺寸和精度。
附图说明
图1为本发明的较佳实施例中的凸面装夹示意图。
图2为本发明的较佳实施例中的凹面装夹示意图。
图3为本发明的较佳实施例中的真空吸附平台工装装夹零件示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1~3所示的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，为节省毛坯材料并提高零件加工效率，毛坯为事先定制的小余量模锻件，并采用五坐标高速铣机床进行粗加工、半精加工和精加工，具体步骤如下：
1）校正毛坯1余量，确定工艺孔位置，并在毛坯1上钻、扩、铰制出工艺孔；
2）在加工有工艺孔的毛坯1两侧补块处开有压板槽，用于装夹压板；
3）凸面装夹，铣凹面补块定位面2，并去除余量，以保证下道工序加工定位基准面平面度；
4）粗加工零件凹面
将步骤3）中凸面装夹完成的毛坯1翻面，进行凹面装夹，并在毛坯1的下方采用标准垫块3垫高，以工艺孔和凹面补块定位面2定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凹面加工：先在毛坯1两侧补块处铣出应力释放槽，以释放粗加工机加应力和毛坯残余应力，而后在粗加工凹面留8mm左右余量，铣凸面补块定位面4，保证平面度，并扩铣工艺孔；机加应力主要集中在材料表面，铣凸面补块定位面4的主要作用是去除加工应力，减少变形，保证加工定位基准面平面度；扩铣工艺孔的目的是消除加工过程中孔变形，确保孔垂直度及孔精度，从而保证下一道工序加工基准精度；
5）粗加工零件凸面
将步骤4）中完成凹面加工的毛坯1翻面，进行凸面装夹，并在毛坯1的下方采用标准垫块3垫高，以工艺孔和步骤4）中铣出的凸面补块定位面4定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凸面加工，粗加工凸面留8mm左右余量，同时扩铣工艺孔；扩铣工艺孔的目的是保证下道工序加工基准精度；
6）自然时效
大于72小时，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形和切削热引起的机加应力；
7）凸面装夹
待步骤6）中自然时效完成后，进行凸面加工，自由状态下铣凹面补块定位面2，保证平面度，去除材料表面加工应力，减小变形；
8）半精加工零件凹面
将步骤7）中完成凸面加工的毛坯1翻面，进行凹面装夹，并在毛坯1的下方采用标准垫块3垫高，以工艺孔及步骤7）中铣的凹面补块定位面2定位，在毛坯1两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凹面，半精加工凹面留4mm左右余量，铣凸面补块定位面4，保证平面度，消除机加表面残余应力，减少变形；并扩铣工艺孔，保证下道工序加工基准精度，得半精加工零件凹面；
9）半精加工零件凸面
将步骤8）中得到的半精加工零件凹面翻面，进行凸面装夹，以工艺孔及步骤8）中铣的凸面补块定位面4定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凸面，半精加工凸面留4mm左右余量，扩铣工艺孔；扩铣工艺孔的目的是保证下道工序加工基准精度，得半精加工零件凸面；
10）自然时效
大于72小时，用于释放半精加工过程中因材料塑性变形和切削热引起的机加应力；
11）凸面装夹
将步骤10）中完成自然时效的半精加工零件，采标准垫块3垫高，进行凸面加工，自由状态铣凹面补块定位面2，保证平面度，消除机加表面残余应力，减小变形；
12）精加工零件凹面
将步骤11）中完成凸面加工的零件翻面，进行凹面装夹，零件采用标准垫块3垫高，以工艺孔及步骤11）中铣的凹面补块定位面2定位，在零件两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行精加工零件凹面，零件凹面加工流程为：半精加工A区型面→半精加工B区型面→半精加工C区型面→精加工A区型面→精加工B区型面→精加工C区型面→铣开零件两侧补块→扩铣工艺孔；
因零件凹面槽腔深约300mm，为避免因刀具太长引起刀具振动，并提高制造效率，选用刀具与加长热缩刀柄组合的方式进行铣削，将零件凹槽分成A区、B区、C区三段进行半精、精加工，零件两侧A区及B区采用加长热缩刀柄，中间C区深腔部分采用长度值更大的加长缩刀柄，控制刀具有效长度，增加加工刚性，避免加工中因刀具过长、刚性不足产生的振动；
13）去除零件两侧补块处的补块；
14）精加工零件凸面
将去除补块的零件进行凸面装夹，以工艺孔及步骤12）中精加工的零件凹面定位，使用真空吸附平台工装5，附带螺钉装夹，确保零件凹面型面与工装型面贴合吸紧，零件凸面加工流程为：半精加工腹板及筋条→精加工腹板→精加工筋条→斜度球形铣刀清闭角残余；
零件凸面设计较多筋条，均为交替式开、闭角双曲面结构，且零件闭角较大，采用常规球头刀无法将闭角加工到位，选用斜度球形铣刀对闭角区域进行分段定角行切清残余，避免加工过程干涉，提高加工刚性；
15）精铣零件侧边
待步骤14）中零件凸面精加工完成后，继续保留步骤14）原装夹，精加工零件四周侧边到位；
16）计量零件
将步骤15）中完成精铣的零件进行计量，不符合计量标准的零件予以除去；
17）去除工艺孔处补块
最后去除零件上工艺孔处补块，即完成大曲率全型面进气道壁板制造。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1. 一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，毛坯为事先定制的小余量模锻件，并采用五坐标高速铣机床进行粗加工、半精加工和精加工，具体步骤如下：
1）铰制工艺孔
校正毛坯余量，确定工艺孔位置，并在毛坯上钻、扩、铰制出工艺孔；
2）开压板槽
在加工有工艺孔的毛坯两侧补块处开有用于装夹压板的压板槽；
3）凸面装夹
在毛坯上铣凹面补块定位面，并去除余量；
4）粗加工零件凹面
将步骤3）中凸面装夹完成的毛坯翻面，进行凹面装夹，以工艺孔和凹面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凹面加工：先在毛坯两侧补块处铣出应力释放槽，而后在粗加工凹面留余量，铣凸面补块定位面；
5）粗加工零件凸面
将步骤4）中完成凹面加工的毛坯翻面，进行凸面装夹，以工艺孔和步骤4）中铣出的凸面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板，而后进行凸面加工，粗加工凸面留余量；
6）自然时效
大于72小时；
7）凸面装夹
待步骤6）中自然时效完成后，进行凸面加工，自由状态下铣凹面补块定位面，保证平面度；
8）半精加工零件凹面
将步骤7）中完成凸面加工的毛坯翻面，进行凹面装夹，以工艺孔及步骤7）中铣的凹面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凹面，半精加工凹面留余量，铣凸面补块定位面，保证平面度，得半精加工零件凹面；
9）半精加工零件凸面
将步骤8）中得到的半精加工零件凹面翻面，进行凸面装夹，以工艺孔及步骤8）中铣的凸面补块定位面定位，在毛坯两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行半精加工凸面，半精加工凸面留余量，得半精加工零件凸面；
10）自然时效
大于72小时；
11）凸面装夹
将步骤10）中完成自然时效的半精加工零件，进行凸面加工，自由状态铣凹面补块定位面，保证平面度；
12）精加工零件凹面
将步骤11）中完成凸面加工的零件翻面，进行凹面装夹，以工艺孔及步骤11）中铣的凹面补块定位面定位，在零件两侧补块处的压板槽内装夹压板后进行精加工零件凹面；
13）去除零件两侧补块处的补块；
14）精加工零件凸面
将去除补块的零件进行凸面装夹，以工艺孔及步骤12）中精加工的零件凹面定位，使用真空吸附平台工装，附带螺钉装夹，确保零件凹面型面与工装型面贴合吸紧；
15）精铣零件侧边
待步骤14）中零件凸面精加工完成后，继续保留步骤14）原装夹，精加工零件四周侧边到位；
16）计量零件
将步骤15）中完成精铣的零件进行计量，不符合计量标准的零件予以除去；
17）去除工艺孔处补块
最后去除零件上工艺孔处补块，即完成大曲率全型面进气道壁板制造。
2.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤4）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后在粗加工凹面留7~10mm余量，并扩铣工艺孔。
3.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤5）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后在粗加工凸面留7~10mm余量，同时扩铣工艺孔。
4.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤8）中，在毛坯的下方采用标准垫块垫高，而后进行半精加工凹面留3~5mm余量。
5.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤9）中，半精加工凸面留3~5mm余量，并扩铣工艺孔。
6.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤11）中，零件采标准垫块垫高后进行凸面加工。
7.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤12）中，零件采用标准垫块垫高后进行精加工零件凹面。
8.根据权利要求1所述的一种大曲率全型面进气道壁板制造工艺，其特征在于，步骤12）中，使用刀具与加长热缩刀柄组合的方式进行铣削。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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