机翼蒙皮模具制造改进技术研究

机翼蒙皮模具制造改进技术研究

李荣

西安航空学院飞行器学院西安710089

摘要：针对机翼蒙皮拉伸模具质量不稳定、一次交检合格率低等问题进行了研究，分析了影响模具数控加工质量的因素。通过对模具数控加工经验的总结，论述了提高模具数控加工质量的设计思想和实现方法，从加工工艺、软件和切削参数、人员素质等方面，介绍了提高模具数控加工质量所采取的措施。

关键词：机翼制造；拉伸模具；质量改进

1．前言

数控加工技术的飞速发展促进了飞机零件设计向整体化、复杂化方向发展，模具的设计与生产周期、产品的精度和使用寿命已日益成为企业新产品开发周期是否具有优势的决定因素。在某型飞机研制中，机翼蒙皮拉伸模具为关键工装，由于经验不足，数控加工模具质量不稳定，工装一次交检合格率仅为20％，反复返修，延误了飞机交付进度。因此，缩短加工周期，降低制造成本，尽快提高模具数控加工质量是亟待解决的问题。

2．影响模具制造质量的因素分析

下列因素直接影响模具最终质量：

⑴加工方法选择；

⑵确定零件的装夹定位方式并选择夹具；

⑶模具加工时数控基准的设置；

⑷数控加工刀具的制造精度及轨迹的设置；

⑸数控加工切削参数的选择；

⑹型面数控加工顺序控制；

3．数控加工工艺特点及其编制原则

数控加工工艺是由零件初始状态（毛坯），经过一系列工艺方法，最终形成零件的全过程。结合机床具体情况，考虑工件的定位和适用夹具。数控加工的自动化程度很高，一旦出现问题，工人很难现场纠正，因此要预先做好数控工艺的设计，确定合理的加工方案。其数控工艺方案的编制应注意以下几点：

⑴数控工艺要考虑加工零件的工艺性，确定加工零件的装夹与定位，选择刀具、制定工艺路线、切削方法及工艺参数等。应考虑工序集中原则，通过选择合理的加工工艺和工装方案，减少重复装夹与定位，且在一次装夹找正后，加工零件的大部分区域，以减少加工的辅助时间，提高生产效率，缩短零件制造周期。

⑵数控工序的排列应遵循以下一般规则：先主后次；先面后孔；先铣后钻；先粗后精；先做内腔加工后做外形加工；按工序的顺序、刀具的直径由大到小排列；上道工序的加工不能影响下道工序的装夹与定位；使用相同的工装和夹具应安排在一起做完；减少重复装夹与定位；数控工序要集中；不要把削弱零件刚性的工序安排在前面。

4．提高拉伸模具加工质量的改进研究

4.1设计基准改进。

设计基准用来建立工装坐标系，基本元素由点、线、面组成。原设计时，将拉伸模的基准面设计在拉伸模底面，基准孔在工作型面顶面，如下图所示。同时基准孔与基准面不重合，存在基准误差，再者由于拉伸模型面曲度很大，基准孔设在拉伸模顶面很难找正。鉴于以上缺陷，我们在模具上制出一个基准面，将基准孔制在基准面上，这样就大大减小了找正误差（见图2）。实践证明，将基准改变后，由此产生的基准误差大大减小。

图2设计基准改善前后

4.2变形的控制。

4.2.1数控工艺方法改进。

由于模具的结构较复杂，存在许多难加工结构、关键尺寸和关键部位，例如：薄壁、深型腔、窄槽、小转角、弱刚性结构等，加工精度要求高。因此要求CAM系统能够满足这些特定的工艺要求。编程时，应避免刀具轨迹中走刀方向的突然变化，以免因局部过切造成设备和刀具的损坏。具体来说，行切的端点采用圆弧连接，避免直线连接；残余量加工或清根加工是提高加工效率的重要手段，一般应采用多次加工或采用系列刀具从大到小分次加工，避免用小刀一次加工完成，还应避免全力宽切削。此外，刀具轨迹编辑优化、刀具轨迹剪裁修复也很重要。

4.2.2数控加工装夹方式的改进。

采取相应的措施保证装夹的可靠，如增加辅助定位面；增加装夹工艺凸台连接厚度、数量，调整其分布位置等方法。此类拉伸模具属于特殊的细长件，在数控铣床上一次装夹进行加工，将加工分为两部分，以前缘最高点分界，分别编制相应面的加工程序。在制造铸件毛坯时，制出辅助基准支撑块。加工程序采用分层策略，逐步去除余量，减少数控加工变形。粗加工后松开压板，时效24小时，将内应力释放后，再进行精加工。若变形较大，则重新加工基准后再进行精加工。

4.2.3数控加工刀具改进。

刀具的正确选择和使用是影响数控加工质量的重要因素，数控加工所用刀具的制造精度及轨迹的设置合理与否直接影响模具前缘型面的流线性。以前采用高速钢刀具加工，由于刀具磨损从而造成型面加工不准确，改进后，结合模具加工高度及曲面特点，决定粗加工使用SECO镶齿合金铣刀D32R16刀具，精加工选择D20R10整体硬质合金铣刀进行加工，这就减小了因刀具磨损造成的型面加工不准确。做到了粗加工排屑多，精加工时走刀快，达到保证加工质量的同时，节省选用整体合金刀具的高昂费用的目的。

4.2.4切削参数改进。

模具精加工时，应尽量避免中途换刀，以得到较高的加工质量，应结合刀具的耐用度慎重选择切削参数。每齿进给量的选取取决于工件材料的力学性能、刀具材料和铣切结构；刀具切入进给速度应小于切削进给速度，工件的硬度和强度越高，每齿进给量越小，为保证加工精度和表面粗糙度，应留0.1mm–0.3mm的精加工余量。通过调整余量分配，控制变形。

进给速度的选择直接影响模具零件的加工精度及表面粗糙度。通过高速切削技术及高性能刀具的应用减小零件变形，改进前精加工主轴转速5000r/min，进给量5000mm/min以下，切削深度1mm。采用了高速铣技术后，将主轴转速提高到15000转/分，进给量提高到10000mm/min以上，切削量控制在0.3mm以下。这样加工出来的工作型面表面粗糙度达到Ra1.6，工人不需过度打磨，只需光顺铣刀纹即可。

4.2.5型面数控加工顺序控制。

为解决边加工边变形问题，加工时将型面分为两部分，采取两面循环加工，调整上下两面去除余量的分配，即粗加工单面余量共10mm–15mm，给半精加工单面留余量1mm，分层铣削。粗加工每次进刀2.5mm，刀具摆角25°。采取左右两侧循环对称加工的数控策略，使零件应力均匀释放，这样就可以解决加工时产生的侧向压力导致的工件变形。

半精加工和精加工采取同样的数控加工策略，这样成功地控制了变形，加工后的工件变形量控制在0.05mm–0.1mm以内，型面粗糙度在Ra1.6以上。工人不需过度打磨，降低了因打磨造成的误差。

5.结束语

在生产实践中，通过改进拉伸模具制造工艺，完善质量控制手段，最终使模具数控加工一次交检合格率达到90％以上，保证了重点型号的工装生产交付，也为今后此类蒙皮拉伸模具制造质量的提高积累了宝贵经验。为了便于管理和控制加工质量，我们总结编写了多种程序编制规范，为飞机模具质量的稳定提高奠定了一定基础。

参考文献：

[1]王家庆.模具制造手册[Ｍ]︰机械工业出版社﹐1996

[2]刘雄伟.数控加工理论与程编制技术[Ｍ]︰机械工业出版社﹐2000