CN112518246A - 一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种工字梁铸造钛合金翼面加工方法，属于翼面加工技术领域。为解决现有大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法的加工效率低、加工稳定性低的不足，本发明提供了一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，步骤依次为：备料、确定粗加工基准、粗加工骨架周边、粗加工骨架型面、粗加工后时效处理、半精加工骨架周边、半精加工骨架型面、半精加工后时效处理、精加工骨架周边、精加工骨架型面、精加工骨架蒙皮槽、楔形槽和检验入库；粗加工骨架型面时，采用了一种低应力装夹工装，可用压板将骨架固定在工装上，保证骨架在加工过程中不发生震颤。本发明提高了大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工效率及加工稳定性。

Description

一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法
技术领域
本发明属于翼面加工技术领域，尤其涉及一种工字梁铸造钛合金翼面加工方法。
背景技术
随着武器装备的不断更新换代，各种亚声速、超声速等飞航武器的尺寸更大，质量更轻，刚度更强，精度更高。飞航导弹边条翼正逐步由单一型面、质量大向结构复杂、多个型面、质量轻的结构转变。该种大型弱刚性钛合金铸造翼面中筋条采用“工”字梁结构，此种结构形式的翼面产品可有效减轻重量、提高刚度，具有更高的强度和高可靠性，是未来舵类的研究方向之一。
大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面属于复杂机械加工件，存在结构复杂、尺寸大、厚度薄及加工刚性差的特点。由于翼面筋条为“工”字梁结构，加工过程中借量困难，需控制翼面每一侧型面加工后变形量达到要求，加工困难。并且翼面表面有多个型面，装夹找正困难，加工过程中震颤现象严重，极易产生变形，尺寸及形位公差保证困难，加工效率低且加工精度一致性难以保证。
发明内容
为解决上述现有大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法的加工效率低的不足，本发明提供了一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法。
本发明的技术方案：
一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，步骤依次为：备料、确定粗加工基准、粗加工骨架周边、粗加工骨架型面、粗加工后时效处理、半精加工骨架周边、半精加工骨架型面、半精加工后时效处理、精加工骨架周边、精加工骨架型面、精加工骨架蒙皮槽、楔形槽和检验入库；
其中，所述粗加工骨架周边时，单边均匀留量1.5mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述粗加工骨架型面时，单边均匀余量1.8mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述半精加工骨架周边时，单边均匀留量0.7mm，切削深度为0.8±0.2mm；
所述半精加工骨架型面时，单边均匀余量0.5mm，切削深度1±0.2mm；
所述精加工骨架周边时，切削深度为0.3±0.1mm；
所述精加工骨架型面时，切削深度0.20-0.05mm；
所述精加工骨架蒙皮槽、楔形槽时，切削深度0.5±0.1mm。
优选的，所述确定粗加工基准具体为：对骨架型面、周边及工字梁筋条内腔进行三维激光扫描检测，兼顾骨架外形、型面及工字梁筋条内腔余量分布情况，初步确定粗加工基准。
优选的，所述粗加工骨架周边时，先根据粗加工基准及三维扫描的余量分布情况，划骨架周边加工截止线、骨架中平面基准线和底缘各部分特征即安装槽、减重槽和安装凸块的加工截止线，再根据各截止线进行粗加工。
优选的，所述粗加工骨架型面时，先根据粗加工基准划骨架中平面基准线，再根据骨架中平面基准线进行加工。
优选的，所述半精加工骨架周边时，先三维扫描并检测翼面型面轮廓度及翼面周边直线度、平面度等形位公差时效前后变化量，分析翼面变形规律，并判断是否需要进行借量调整，再按余量调整后基准进行加工。
优选的，所述粗加工后时效处理和半精加工后时效处理具体均为：利用振动时效机进行振动时效处理1次，持续时间50min。
优选的，所述粗加工骨架周边、半精加工骨架周边和精加工骨架周边的步骤时，均使用玉米铣刀加工骨架周边、使用硬质合金棒铣刀加工骨架底缘凹槽及凸块；
所述粗加工骨架型面时，采用的刀具为方肩铣刀；
所述半精加工骨架型面时，采用的刀具为进口成形涂层棒铣刀；
所述精加工骨架型面时，使用专用镗刀片及镗削工装；
所述精加工骨架蒙皮槽、楔形槽时，采用刀具为成形涂层棒铣刀。
为解决上述现有大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法的装夹找正困难，加工过程中震颤现象严重，极易产生变形，加工稳定性低的不足，本发明提供了一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法。
一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，步骤依次为：备料、确定粗加工基准、粗加工骨架周边、粗加工骨架型面、粗加工后时效处理、半精加工骨架周边、半精加工骨架型面、半精加工后时效处理、精加工骨架周边、精加工骨架型面、精加工骨架蒙皮槽、楔形槽和检验入库；
其中，所述粗加工骨架周边时，单边均匀留量1.5mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述粗加工骨架型面时，单边均匀余量1.8mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述半精加工骨架周边时，单边均匀留量0.7mm，切削深度为0.8±0.2mm；
所述半精加工骨架型面时，单边均匀余量0.5mm，切削深度1±0.2mm；
所述精加工骨架周边时，切削深度为0.3±0.1mm；
所述精加工骨架型面时，切削深度0.20 -0.05mm；
所述精加工骨架蒙皮槽、楔形槽时，切削深度0.5±0.1mm。
2、优选的，所述粗加工骨架型面时，采用了一种低应力装夹工装，所述低应力装夹工装框架外形与骨架外形一致，框架内在对应弹翼骨架的每条筋下面配置立筋板对骨架筋条进行支撑，所述低应力装夹工装包括：第一压板、定位座组合、调整垫、第二压板、平垫圈、第一螺钉、第二螺钉和第三压板，所述定位座组合框架板焊结构，其型面与钛合金骨架的型面相同，并在定位座组合周边设有螺纹孔用于装夹，在加工过程中将骨架放入定位座组合中，在骨架外侧周边可利用第一压板、第二压板、第三压板及相应的螺钉、平垫及调整垫进行装夹，保证骨架与定位座组合紧贴无间隙，确保在加工过程中不发生震颤，能有效控制骨架变形量，保证加工质量。
本发明的有益效果：
1、本发明提出了一种镗削加工大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面的方案，原骨架铣面工装适用于在数控立铣上加工骨架楔形二面角的大小面，工装一次装卡固定后不能调整角度来使楔形小面置于水平位置，这样，在数控铣完骨架大面后，只能用球刀排铣小面，加工效率低。专门设计数控卧镗的铣面工装，此工装可通过镗床转角加工骨架小面，保证在精加工过程中切削热量小，控制骨架变形量，提高加工效率。本方案加工成本较低，质量稳定性高。
2、本发明提出了加工该类产品的定制刀具及相关工艺参数，在骨架粗加工过程中使用方肩铣刀，切削深度1.5mm，主轴转速为600r/min，进给率为300mm/min；在骨架半精加工过程中使用进口成形涂层棒铣刀，切削深度1mm，主轴转速为1000r/min，进给率为600mm/min；在骨架精加工过程中使用专用镗刀片进行镗削，切削深度0.2mm，提高了加工精度，保证产品质量。
3、本发明是设计了一种低应力装夹工装，工装定位座为框架板焊结构，工装的框架外形与骨架外形一致，框架内在对应弹翼骨架的每条筋下面配置立筋板对骨架筋条进行支撑。该工装可用位于筋条前侧的挡块上的压紧螺钉稳固，最后用内、外侧压板将骨架固定在工装上，保证在加工过程中不发生震颤，保证加工质量。此种低应力装夹工装实现了骨架型面的高精度加工，加工成本低，质量稳定性高。
附图说明
图1为实施例一所述大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面的结构示意图；
图2为实施例一所述低应力装夹工装的结构示意图；
图3为实施例一所述地应力装夹工装与大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面的装配示意图；
图4为实施例一所述地应力装夹工装与大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面的装配剖视图；
图中，1、第一压板；2、定位座组合；3、调整垫；4、第二压板；5、平垫圈；6、第一螺钉；7、第二螺钉；8、第三压板。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例一：
本实大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面是某型号弹上重要产品，翼面整体为蒙皮骨架式结构，总长2700mm，高度370mm，底缘厚度30mm，上缘、前缘及后缘厚度2.4mm，结构如图1所示。
一种大型铸造钛合金翼面骨架加工工艺方法，具体加工方案如下：备料→三维扫描→划线→粗加工骨架周边→划线→粗加工骨架型面→检→时效处理→三维扫描→半精加工骨架周边→半精加工骨架型面→检→时效处理→精加工骨架周边→精加工骨架型面→精加工骨架蒙皮槽、楔形槽→荧光检测→成品检→入库。
具体步骤为：
1.三维扫描确定粗加工基准，对翼面型面、周边及工字梁筋条内腔进行三维激光扫描检测，兼顾骨架外形、型面及工字梁筋条内腔余量分布情况，初步确定粗加工基准；
2.根据粗加工基准及三维扫描的余量分布情况，划骨架周边加工截止线、骨架中平面基准线、底缘各部分特征(安装槽、减重槽、安装凸块)加工截止线；
3.粗加工骨架周边及底缘各部分特征，单边均匀留量1.5mm，使用刀具为玉米铣刀(加工骨架周边)、硬质合金棒铣刀(加工骨架底缘凹槽及凸块)，切削深度1.5mm；
4.根据粗加工基准划骨架中平面基准线；
5.粗加工骨架型面，设计一种低应力装夹工装，工装定位座为框架板焊结构，工装的框架外形与骨架外形一致，框架内在对应弹翼骨架的每条筋下面配置立筋板对骨架筋条进行支撑。该工装包括第一压板1、定位座组合2、调整垫3、第二压板4、平垫圈5、第一螺钉6、第二螺钉7和第三压板8，第一螺钉6为内六角圆柱头螺钉M10×70，第二螺钉7为内六角圆柱头螺钉M10×40，所述低应力装夹工装的结构示意图如图2所示。该工装可用位于筋条前侧的挡块上的压紧螺钉稳固，最后用内、外侧压板将骨架固定在工装上，保证在加工过程中不发生震颤，保证加工质量。单边均匀余量1.8mm，采用刀具为方肩铣刀(D40PR0.8)，切削深度1.5mm，主轴转速为600r/min，进给率为300mm/min；
6.利用振动时效机进行振动时效处理1次，持续时间50min；
7.三维扫描并检测翼面型面轮廓度及翼面周边直线度、平面度等形位公差时效前后变化量，分析翼面变形规律，并判断是否需要进行借量调整；
8.半精加工骨架周边及底缘各部分特征，按余量调整后基准进行加工，单边均匀留量0.7mm，使用刀具为玉米铣刀(加工骨架周边)、硬质合金棒铣刀(加工骨架底缘凹槽及凸块)，切削深度0.8mm；
9.半精加工骨架型面，单边均匀余量0.5mm，采用进口成形涂层棒铣刀(D20PR0.8)，切削深度1mm，主轴转速为1000r/min，进给率为600mm/min；
10.振动时效处理1次，持续时间50min，并进一步监测半精加工后翼面变形情况，摸索翼面变形规律；
11.精加工骨架周边及底缘各部分特征，使用刀具为玉米铣刀(加工骨架周边)、硬质合金棒铣刀(加工骨架底缘凹槽及凸块)，切削深度0.3mm；
12.精加工骨架型面，提出了一种镗削加工方案，使用专用镗刀片及镗削工装，保证在精加工过程中切削热量小，控制骨架变形量，切削深度0.2mm；
13.使用粗加工、半精加工骨架型面工装加工骨架蒙皮槽，采用刀具为成形涂层棒铣刀，主轴转速为1000r/min，进给率为600mm/min，切削深度0.5mm；
14.荧光检测并终检翼面所有尺寸，合格后方可入库。

Claims (8)

1.一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，步骤依次为：备料、确定粗加工基准、粗加工骨架周边、粗加工骨架型面、粗加工后时效处理、半精加工骨架周边、半精加工骨架型面、半精加工后时效处理、精加工骨架周边、精加工骨架型面、精加工骨架蒙皮槽、楔形槽和检验入库；
其中，所述粗加工骨架周边时，单边均匀留量1.5mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述粗加工骨架型面时，单边均匀余量1.8mm，切削深度为1.5±0.2mm；
所述半精加工骨架周边时，单边均匀留量0.7mm，切削深度为0.8±0.2mm；
所述半精加工骨架型面时，单边均匀余量0.5mm，切削深度1±0.2mm；
所述精加工骨架周边时，切削深度为0.3±0.1mm；
所述精加工骨架型面时，切削深度
Figure FDA0002795864630000011
mm；
所述精加工骨架蒙皮槽、楔形槽时，切削深度0.5±0.1mm。
2.根据权利要求1所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述确定粗加工基准具体为：对骨架型面、周边及工字梁筋条内腔进行三维激光扫描检测，兼顾骨架外形、型面及工字梁筋条内腔余量分布情况，初步确定粗加工基准。
3.根据权利要求2所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述粗加工骨架周边时，先根据粗加工基准及三维扫描的余量分布情况，划骨架周边加工截止线、骨架中平面基准线、底缘各部分特征的加工截止线，再根据截止线进行粗加工。
4.根据权利要求3所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述粗加工骨架型面时，先根据粗加工基准划骨架中平面基准线，再根据骨架中平面基准线进行加工。
5.根据权利要求1所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述半精加工骨架周边时，先三维扫描并检测翼面型面轮廓度及翼面周边直线度、平面度等形位公差时效前后变化量，分析翼面变形规律，并判断是否需要进行借量调整，再按余量调整后基准进行加工。
6.根据权利要求1所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述粗加工后时效处理和半精加工后时效处理具体均为：利用振动时效机进行振动时效处理1次，持续时间50min。
7.根据权利要求1所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述粗加工骨架周边、半精加工骨架周边和精加工骨架周边的步骤时，均使用玉米铣刀加工骨架周边、使用硬质合金棒铣刀加工骨架底缘凹槽及凸块；
所述粗加工骨架型面时，采用的刀具为方肩铣刀(D40PR0.8)；
所述半精加工骨架型面时，采用的刀具为进口成形涂层棒铣刀(D20PR0.8)；
所述精加工骨架型面时，使用专用镗刀片及镗削工装；
所述精加工骨架蒙皮槽、楔形槽时，采用刀具为成形涂层棒铣刀。
8.根据权利要求1所述一种大型弱刚性工字梁铸造钛合金翼面加工方法，其特征在于，所述粗加工骨架型面时，采用了一种低应力装夹工装，所述低应力装夹工装框架外形与骨架外形一致，框架内在对应弹翼骨架的每条筋下面配置立筋板对骨架筋条进行支撑，所述低应力装夹工装包括：第一压板(1)、定位座组合(2)、调整垫(3)、第二压板(4)、平垫圈(5)、第一螺钉(6)、第二螺钉(7)和第三压板(8)，所述定位座组合(2)框架板焊结构，其型面与钛合金骨架的型面相同，并在定位座组合周边设有螺纹孔用于装夹，在加工过程中将骨架放入定位座组合(2)中，在骨架外侧周边可利用第一压板(1)、第二压板(4)、第三压板(8)及相应的螺钉、平垫及调整垫进行装夹，保证骨架与定位座组合(2)紧贴无间隙，确保在加工过程中不发生震颤，能有效控制骨架变形量，保证加工质量。
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