深孔钻加工在航空零件中工艺特点及难点

深孔钻加工在航空零件中工艺特点及难点

在航空复杂壳体零件的深孔加工过程中,孔的超大深径比带来的钻杆低刚度问题、排屑和散热困难问题以及加工时的封闭或半封闭状态等都使得深孔加工非常困难。航空复杂壳体零件深孔加工的难点主要体现在:

(1)工艺系统刚性差。壳体零件中孔的小直径和超大深径比直接决定了钻削所用钻杆细且长,使得钻杆刚度不足,从而造成钻削过程中钻杆易产生偏斜、振动、扭曲,甚至折断。为避免这一问题,生产中往往采用小进给量钻削以避免大切削力带来的钻杆刚度问题,这严重制约了深孔的加工效率。然而即便如此,孔的加工质量仍很难保证。
(2)排屑困难。孔的小直径和大深度决定了钻削过程中切屑在孔内的排屑空间小且排屑路径长,极易发生切屑堵塞,从而产生过大的
矩,钻头随之发生崩刃、折断,造成零件报废。航空壳体零件多采用铝合金材料,加工过程中易发生粘刀现象,使排屑问题更为严峻。此外,采用外排屑方式时切屑会刮伤孔的已加工表面,造成孔壁出现螺旋沟,严重影响孔表面质量。
(3)切削散热困难。一般孔钻削过程中,80%的切削热被切屑带走。而在深孔加工中钻头在相对封闭的状态下工作,切削热很难扩散,由于壳体零件中很多孔直径很小,因此加工过程中的冷却、润滑也都很困难,这使得钻头和工件成为主要散热体,热量积聚效应非常明显,使钻头温度升高、磨损加剧,极大影响了钻头使用寿命。同时,当温度过高时,加工孔也会受到热效应影响而发生变形,影响孔的尺寸精度。
(4)难以观察加工过程。由壳体零件的孔隙结构复杂、深孔空间狭小,加工过程处于封闭或半封闭的状态,无法直接观察钻头的状态和孔的加工情况。

以上工艺特点及难点决定了深孔加工过程中的随机故障很多。大量的试验和研究表明,刀具磨损、破损和切屑堵塞是导致在深孔加工过程中较频繁出现故障的主要原因 [1]。在航空复杂壳体零件的加工中,孔加工通常是中间工序或最后工序,一旦在孔加工过程中发生钻杆折断或孔道刮伤、偏斜等故障,将直接导致零件报废,造成巨大经济损失。
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