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瓦尔特刀具在航空企业的应用

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-10-10    浏览次数:10
 
厦门太古飞机工程有限公司(以下简称“厦门太古”)是一家大型民用飞机维修企业,为世界各地飞机经营者或拥有者提供飞机维修服务,包括飞机改装、部件组装、零件制造等。目前,厦门太古拥有六座双宽体机位机库,可容纳17架飞机同时进行维修、大修及改装,业务领域涵盖波音737/747/757/767/777,空客320/330/340及麦道MD-11等主流民航机型,是中国第一家为A380飞机提供航线维修服务的维修机构。其在厦门建立的亚洲首个获得波音和空客批准的公务机及私人飞机客舱整装中心,填补了国内空白。
 
为了满足企业发展的需求,近年来,厦门太古大力拓展自己的零部件制造能力,以更好地为飞机改装业务提供配套服务。如今,厦门太古已获得了波音等原厂商的生产许可,建立了整套完备的生产体系,具备机械加工、钣金加工、特种工艺制造、线束、B747-400BCF客改货复式地板梁组装等能力。
 
随着公司承接业务的增多以及服务功能的不断扩展,厦门太古在加工过程中也开始面临更多的挑战,比如加工成本的控制、整体加工效率的进一步提升等等。面对竞争激烈的航空制造市场,厦门太古清醒地意识到,提高市场竞争力的核心就必须为客户提供最具性价比的产品。就机加工方面来说,只有通过不断寻求新的工艺、应用新的技术,才能实现增效降本的目的。
 

图1.厦门太古建有整套完备的生产体系,并不断寻求新工艺、新技术
 
刀具 实现对成本的严格把控
 
飞机结构件是厦门太古主要的机加工产品,从材料来看,厦门太古目前加工的飞机结构件多为不锈钢材质,如300系列奥氏体不锈钢、15-5PH马氏体沉淀硬化不锈钢。这种材料的加工难点在于,其内部的碳化物硬质点在加工中会加剧刀具的磨损,而且容易在前刀面产生月牙洼磨损,粘刀现象严重,在刃口上还易引起微小的剥落和缺口。当切削温度高、切削抗力大时,还存在较严重的加工硬化现象,令切削过程中所产生的切屑不易折断。
 
从结构上看,飞机结构件通常都具有薄壁、尺寸大、加工余量大、相对刚度较低的加工特点。有时为了减轻重量,还要进行等强度设计,往往在结构件上形成各种复杂槽腔、筋、凸台和减轻孔等要素。例如,不锈钢飞机结构件有深槽、窄槽、薄壁、细小孔等复杂结构,切削效率低和刀具的大量损耗是其面临的主要加工难点。刀具的成本还只是其次,因为这仅占整体制造成本的一部分,关键在于,因为刀具的加工问题所连带产生的对整体制造成本的影响,是急需解决的。因此,寻找高性价比的刀具,成为厦门太古在实际生产过程中控制加工成本的关键。
 

图2.飞机结构件有深槽、窄槽、薄壁、细小孔等复杂结构,切削效率低和刀具的大量损耗曾经是其面临的主要加工难点
 
通过对多家刀具品牌产品的综合评估,厦门太古最终选择了瓦尔特作为刀具的主要合作伙伴。瓦尔特刀具在航空制造加工领域有着深厚的技术沉淀,切削技术处于世界领先地位,同时其高效、及时的售后服务也令太古的技术人员受益良多。在瓦尔特的大力支持下,厦门太古对现场加工工艺进行优化,有效落实了刀具成本控制及加工效率提高等工作,取得了许多阶段性成果。
 
铣削效率大幅提升
 
飞机结构件的复杂型腔是用数控铣削方法由整块毛坯件逐步挖制而成,其加工工艺过程为:下料、铣平面、粗铣槽、精铣槽、加工孔、铣外轮廓、去毛刺。其中,切削加工时间占飞机结构件总加工时间的比例最大。在厦门太古,瓦尔特刀具被用于不锈钢铣削的粗加工工艺过程中,分别针对直径小于0.75英寸和直径大于0.75英寸的粗加工应用。
 

图3.瓦尔特刀具被用于厦门太古不锈钢铣削的粗加工工艺过程中,分别针对直径小于0.75英寸和直径大于0.75英寸的粗加工应用
 
1. 直径小于0.75英寸的粗加工刀具
 
厦门太古原来选用的是镶齿刀或整体硬质合金刀具。但长期的应用结果表明,如果选用镶齿刀,由于刀径小,只能安排单齿或少齿结构,加工的振动大,金属去除效率低,刀粒更换频繁;如果选用整体硬质合金刀具,在合理的长径比条件下,切削性能是能满足要求的,但是当切削有效刃口的涂层损耗,刃形损伤后,就需要整把更换,成本高昂。
 
为解决这个生产难题,瓦尔特航空产品应用工程师向其推荐了最新的CONEFIT专利模块式整硬铣刀系列产品,很好地解决了厦门太古小尺寸零件的粗加工需求问题。可换头系列刀具在保留了整体硬质合金涂层刀具所有的加工性能的基础上,只有前端可拆卸剖分是刀刃结构,而有近三分之二的刀体采用了实心刀杆,刀具的刚性获得了极大提高,即使在较大长径比(5~6倍)的装夹方式下,也能获得满意的金属去除率。更重要的是,当刀具磨损后,只须更换前端刀头,刀具损耗成本得到极大降低。
 
2. 直径大于0.75英寸的粗加工刀具
 
厦门太古采用了瓦尔特的F2330系列三角弧刃刀粒镶齿刀,其抗崩和耐磨的特点在不锈钢件的粗加工上得到了很好的体现。统计数据表明,刀粒耐用度为一般直刃刀粒的3-4倍,在长时间、大金属去除量切削环境下优势明显:即保证切削效率,又具备高耐用度和可靠性。该型刀具在加工时,切削抗力的主分力与轴向重合,次分力很小,实际加工过程的振动相比其它类型的以径向切削抗力为主的刀具要小很多。
 
小切深、每齿大进给量的设计,兼顾了抗振、抗崩及切削效率的应用需求。更实用的是,该类型刀具产品在大长径比装夹不利的情况下,也能保持较小的径向弯曲变形扭矩,有效保证了刀具的刚性及切削性能。
 
攻克小直径深孔钻难点
 
在不锈钢件的小直径深度钻削(小于3mm直径,大于8倍径的孔深)中,瓦尔特刀具的表现也非常突出。之前,不锈钢件的小直径深度钻削一度成为厦门太古技术攻关的难点,虽然技术人员对钻削用量、切削参数选用、钻削方式选择等工艺因素不断调校,但最终还是无法达到满意的加工效果。尤其是钻头的磨损问题,深孔断刀问题一直无法得到有效的控制,频繁的断刀和零件报废一度导致厦门太古相关零件的交期压力及加工成本高居不下。
 
经过试刀后,厦门太古决定选用瓦尔特的微型深孔钻系列产品,其钻尖的独特设计能使钻孔时产生的切屑顺利的排出孔外,保证了加工的平稳,防止挤压刀具而导致的断刀现象。另外,中心出水的内冷设计解决了深孔钻屑恶劣环境下的冷却问题,可以不用退刀完成连续钻削加工。刀具的耐用度及切削性能的稳定性让生产团队感到格外满意。
 

图4.现场加工实际数据统计,使用瓦尔特的一款A6488TML-1.2MM的八倍径深度的1.2mm钻头,平均每把钻头的钻孔数量可以达到3200个孔,寿命提高显著
 
令厦门太古生产团队感受最深的一次应用是,使用瓦尔特的一款A6488TML-1.2MM的八倍径深度的1.2mm钻头。被加工零件材料为15-5PH沉淀硬化不锈钢,每个零件圆周均布八个小孔。该款钻头是中心出水设计,采用不抬刀连续钻削的加工方式,主轴转速5000r/min,进给速度3in/min。据现场加工实际数据统计,平均每把钻头的钻孔数量可以达到3200个孔,寿命提高显著,不仅提高了加工效率,还极大降低了刀具使用成本。
 
航空类零件经常需要加工公差带宽度在0.0005英寸的精密孔,其圆度采用BORE GAGE测量,柱面任意两点直径位置只要有一处超差,零件即报废,内孔光洁度要求一般在英制Ra32(公制Ra0.8或以下)。如果采用内孔磨削可保证该类加工要求,但需要增加机床设备及加工工序,令加工成本提高。瓦尔特技术人员根据厦门太古的加工要求和设备现状,推荐了瓦尔特模块化镗刀系统配备Xtra-tec涂层刀片解决方案。通过镗刀座、镗刀杆、缩颈套的灵活组合,可以满足其不同直径范围的孔加工需求,粗镗刀和精镗刀共用相同的模块系统,大大减少刀具库存,非常适合多品种小批量的航空类零件制造。精镗刀的调整精度最高达到0.002mm,可以满足高精度孔的加工需求,并且精镗刀配备有平衡系统,可以实现高转速精镗,满足了圆度及表面光洁度要求。
 
在厦门太古,制造部的技术人员每天都在面对着现场各种零件的加工挑战,除了要解决生产过程中出现的技术质量问题,保证每个订单的顺利投产和交付,还要把更多的精力放在加工成本的控制上。多年的加工经验表明,只有不断优化加工工艺流程,才能提高加工效率、降低刀具损耗,才能有效的降低部门的生产运作成本,从而支持部门的业务量及利润获得持续增长。
 
目前,厦门太古已经与世界各大著名的飞机设备原厂商展开了合作,发展飞机零部件大修能力,建立了一系列飞机零部件维修企业,将来,公司还将建立并发展一个具备一定规模和能力的独立的部件制造中心,而强有力的工艺装备和先进的加工工艺是其实现长远发展的原动力。
 
 
 
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