航空钛合金结构件高速高效加工工艺研究及应用

钛合金因其比强度高、高温强度高等优异性能广泛应用于航空航天领域,是航空结构件的主要材料之一。但是由于钛合金的难加工性,加工过程中切削参数较低,刀具易磨损,切削过程稳定性差,严重制约了航空结构件的生产效率。为了实现钛合金结构件高速高效加工,本文基于生产实践,以钛合金切削冷却方式、切削力均衡优化以及刀具轨迹质量稳定性等关键技术作为突破口,进行详细阐述,并应用于结构件生产过程。     

航空、军工行业中的株钻刀具

航空零件加工中株钻部分刀具的应用 航空航天零件的加工科技含量相当高,是先进材料和先进工艺集中的行业,航空类零件加工用刀具主要分为飞机制造企业的飞机结构件加工和航空发动机生产企业的盘环零件加工.飞机结构件的加工主要为钛合金、铝合金、不锈钢等零件的铣削;航空发动机行业主要涉及的是高温合金、钛合金的车削加工.这些零件具有难切削的工件材料、复杂的形状、高精度的尺寸和光洁度要求等特点,对加工工艺和所用刀具提出了较高的要求.目前的航空刀具领域主要还是几大欧美刀具品牌占主导地位,主要为ISCAR、KENMATAL、SANDVIK、SECO等,刀具价格居高不下,且消耗量相当大,因此各航空发动机加工企业都有降低刀具成本的强烈愿望.株洲钻石切削刀具股份公司借助公司的硬件条件和多年来在刀具的研发、制造、应用方面的经验,在2003年启动了航空刀具的研制项目,与各航空加工企业合作进行产品的研发、生产、试验和产业化,已取得了阶段性的成果.     

航空结构件铣削变形及其控制研究进展

随着机床加工性能和刀具切削性能的提升,航空结构件的高效高精加工成为可能.航空结构件薄壁加工特征多,在铣削过程中易发生变形,因此预测与控制航空结构件的加工变形是切削加工领域内亟待解决的难题.通过总结了航空结构件的特点及加工难点,对加工变形形成机理进行深入分析;对加工变形影响最为关键的铣削力模型进行归纳;阐述了航空结构件残...     

从新材料开发与结构创新上改善航空用刀具

由于航空用特殊材料与零件结构的不断发展,航空专用刀具亟需不断创新.航空特殊用材如机身结构件的铝合金及复合材料与动力装置用的耐热合金、钛合金等都对航空专用刀具提出了特殊的要求.     

面向航空结构件的高性能加工刀具性能评价

随着航空业的不断发展,现代飞机和航天器性能要求越来越高,零件外廓尺寸相对截面尺寸较大,铣削加工余量大、加工工艺性差,加工工期长,尤其加工薄壁零件时尺寸更是难以保证[1].实现航空结构件的高精度、高效率和高可靠性铣削加工是航空制造业面临的重要技术难题之一.在航空整体结构件高速铣削加工中,影响切削加工的最直接因素就是刀具的切削性能,刀具寿命、切削力和工件表面质量等均与刀具的几何参数有关.选择合理的刀具几何参数,不仅能够提高生产效率,还能延长刀具的使用寿命[2].如何有效地选择加工航空结构件切削刀具,对实现航空关键结构件的高效精密加工至关重要.     

刀具刚度对钛合金超薄侧壁加工变形的影响

以控制钛合金超薄结构件的加工变形、获得良好的表面加工质量为目标,基于薄壁零件加工变形理论模型与铣削加工试验,研究分析了刀具刚度对钛合金超薄侧壁结构加工受力变形及表面粗糙度的影响。通过对比分析刚度刀具铣削钛合金超薄侧壁结构时的加工尺寸精度、表面粗糙度以及切削力,发现合理增加刀具刚度可以有效改善超薄壁结构的加工尺寸精度及表面质量。     

巴索Vasco 5000切削液——钛合金加工的好帮手

在航空工业中,钛及钛合金经常被用作制造各种关键的结构件.此类结构件的加工对工艺、机床、刀具以及切削液提出了非常高的要求.     

新型钛合金薄壁结构件数控加工技术

通过分析钛合金蒙皮和蜂窝类零件数控加工特点并结合切削试验,对上述两类零件加工中的刀具选择、装夹定位和编程方法等问题进行了研究,为新型钛合金薄壁结构件的数控加工提供了参考依据。     

金属切削过程有限元数值模拟

本课题针对航空结构件加工中最关心的成型零件的变形状况、加工效率(金属去除率)、刀具磨损等方面,综合了近年来国内外在切削加工方面的进展,根据这些成果在现有CAE分析平台基础上开发的仿真程序,能够实现对复杂航空结构件的变形控制。     

基于特征的飞机结构件加工状态监测方法

为有效监测飞机结构件加工过程中出现的刀具严重磨损、刀具破损和加工颤振等异常加工状态,提出基于特征的飞机结构件加工状态监测方法.分析了加工特征对监测加工状态监测的影响,运用小波分析方法提取加工特征关于加工状态的信号特征量,应用支持向量机方法对加工状态进行辨识.实例结果表明,该方法能有效的监测飞机结构件异常加工状态,具有较高的工程实用价值.     

TC4钛合金纵弯超声振动铣削装置及其加工性能研究

TC4钛合金因其优异的综合机械性能在航空、航天工业中得到了广泛应用,但其高塑性和低导热系数引起的刀具–切屑黏附是制约其铣削加工性能提升的一个关键因素.针对TC4钛合金铣削加工性能提升的需求,提出了一种基于刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的加工方式,通过控制刀具纵弯复合超声振动的幅值和相位实现可控的间歇式切削,降低刀具–切屑...     

航空难加工材料切削加工技术与刀具应用调查报告

随着全球工业技术的不断发展,各个领域对一些重要零部件材料的机械性能和力学性能(强度、硬度、耐热性、抗磨性、抗拉强度和抗压强度等)的要求在不断提高,特别是航空领域。普通工程材料难以用于航空结构件中,目前高强度难加工材料和低密度轻质材料成为航空结构件的两大类主要材料。随着航空产品中难加工材料使用的增加,难加工材料的切削加工已成为一个难题。如果仍然采用传统材料的加工工艺、加工方法和加工刀具,无论在加工效率还是加工质量上都会大打折扣,且无法保证较低的加工成本。如何实现这些难加工材料的高效加工,既要保证加工效率和加工质量,又要控制加工成本,成为生产中面临的重要问题,必须了解难加工材料的切削加工特性,掌握切削规律和应用的切削工艺。合理的刀具选型和优化的加工方法对于提高难加工材料的加工效率和延长刀具寿命非常重要,特别是在航空零部件的难加工材料加工中尤为重要。本调查以"航空难加工材料切削加工技术与刀具应用"为主题,主要调查对象涉及刀具厂商、航空企业用户和科研机构。其中,刀具厂商包括山特维克可乐满、山高、伊斯卡、瓦尔特、森拉天时、猛龙刀具、德国蓝帜金属加工技术集团、哈量集团、京瓷、埃莫克法兰肯等;航空企业用户包括沈阳飞机工业(集团)有限公司、沈阳黎明发动机(集团)有限公司、西安飞机工业(集团)有限公司、哈尔滨飞机工业集团有限公司和北京航空制造工程研究所等;科研机构包括北京航空航天大学、南京航空航天大学、中国航空工业研究发展中心等。通过对难加工材料切削加工和适用刀具的分析,得到不同工况下难加工材料切削时的注意问题及刀具选择,希望为加工难加工材料、合理选择刀具及提高加工效率提供参考。     

王聪梅 机械加工技术专家

<正>航空发动机零部件有许多大型、复杂结构件,其中又不乏难加工材料,其结构和材料的特殊性为机械加工带来了哪些挑战?对相关的加工技术与设备又提出哪些特殊要求?王聪梅:航空发动机零部件结构复杂,设计精度高,加之大量采用高温合金和钛合金等难加工材料,其     

基于航空结构件典型特征的数控加工方法优化探讨

数控加工效率低下已经成为一个普遍问题,不仅严重制约了我国航空工业的发展,而且造成了巨大的经济损失和资源浪费。本文从航空结构件的特点出发,提出了基于航空结构件典型特征的数控加工方法优化,在此基础之上达到结构件加工的整体优化,以提高加工效率及质量。     

先进切削刀具及未来趋势

<正>在刀具和切削过程管理过程中,基于RFID的刀具出入库管理及刀具使用系统已经逐渐走向商业化。同时,基于零件材料及加工特征的切削专家系统的开发,将为刀具的正确选取和工艺的制订提供解决方案。现在和未来一段时期,切削加工技术在飞机、航空发动机的制造过程当中,仍然是零件成形的主要工艺之一。航空航天零件材料向更高的比强度、耐高温、耐腐蚀等特性发展,高强度钢、钛合金、高温合金、复合材料等难加工材料应用越来越广泛;同时,零件中的薄壁、深腔、复杂曲面等特征越来越复杂,尺寸精度和表面质量要求越来越高;此外,航空制造任     

刀具状态监控技术在数控铣削加工中的应用

在分析刀具状态监控系统关键技术的基础上,结合航空结构件数控铣削加工领域对刀具状态监控系统的研究,分析了ARTIS系统的组成、工作原理和应用方法,介绍了智能刀柄和视觉检测方法的研究进展,给出了各种加工过程刀具状态监控系统的研发建议和应用展望。     

超硬刀具高速切削钛合金研究进展

国内要在超硬刀具高速切削钛合金关键技术方面取得突破,须通过进一步合理地选择刀具材料及几何参数,优选切削用量,针对不同的加工对象制定相应的加工工艺规范,最终高效率地加工出表面完整性优异的航空零件。     

TC17钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响研究

为了获得高性能航空发动机用TC17钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律,通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试,建立了刀具磨损对残余应力的影响关系,并对影响机理进行了分析.结果表明,硬质合金刀具低速铣削钛合金时,刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位;不同刀具后刀面磨损量下,残...     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

钛合金航空结构件的损伤修复技术

钛合金航空结构件的应用越来越广泛,但应用传统制造技术对钛合金结构件的修理则较困难,且存在许多缺陷。文章介绍了钛合金件裂纹的激光焊接、激光熔覆修复技术;对于缺损性损伤,介绍了应用快速成型系统重建损伤结构的技术。