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钛合金舵芯高效加工技术研究

2021-11-10 09:09:20

舵芯是航空航天飞行器结构中的重要零件,在控制飞行姿态上起至关重要的作用,因此,其加工精度直接影响产品飞行的精度。钛合金舵芯凭借轻质化、高刚度的优势被广泛应用于航空航天领域。但是由于该材料硬度高、热传导率低,且产品结构复杂、不易装夹,在加工过程中局部余量去除大且易变形,难以保证较高的精度要求。为保证零件的加工精度,传统工艺采用反复加工的方法,导致其加工工序多、生产周期长,无法满足生产需求。

针对上述问题,钛加工件从加工流程、工装和刀具等方面入手,优化原有的舵芯加工工艺,通过实际生产验证优化后的工艺方法大幅缩短舵芯的加工周期,成功解决了多项综合性难题,进一步提高了零件的加工质量稳定性。

舵芯结构形状特殊,是一种复杂的结构件,由舵芯骨架与舵芯蒙皮焊接而成,内部骨架上分布着一系列环向和辐射状的加强筋。两侧的蒙皮是由两个不同角度组合而成的复合型面,同时舵面两端厚度差大,整体呈楔形结构,对装夹定位造成了极大的困难 。

钛合金舵芯产品中骨架材料为铸造 ZT4 钛合金,蒙皮材料为锻造 TC4( Ti-6Al-4V) 钛合金,尽管钛合金存在诸多优点: 包括高比强度远超过强度高而密度大的钢,密度小但强度较低的铝合金; 抗腐蚀性强,多数情况下不需要附加表面保护层; 耐热性远高于铝合金,工作温度范围较大。但钛合金产品给机械加工带来极大地挑战: 热传导率低,仅15. 24W/( m·K) ,加剧刀具磨损; 弹性模量低,载荷作用下发生变形后产生极大的回弹,造成让刀现象;化学活性高,亲和作用大,在切削温度高时,切削及被切削表层与刀具材料咬合而产生严重的粘刀现象,引起剧烈的粘结磨损 。

钛异形件厂家舵芯的加工精度将直接影响飞行器的飞行精度,因此对产品配合安装面的加工精度有较高要求:两侧斜面的平面度和对称度要求较高,下陷尺寸公差为 0. 01 ~ 0. 025。加工过程中局部去除余量大且不均匀,切削热不易散出,原材料残余应力较大,易变形; 同时受零件厚度不均、装夹不易和薄壁网格结构的影响,切削时易振动,造成打刀现象,难以保证舵芯的高精度加工要求。


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