高強度鈦合金多孔蒙皮零件鈑金加工方法

針對大尺寸高強度難加工鈦合金蒙皮零件切割難點，進行多種鈑金加工方法迭代研究，將原有工藝流程進行重構，通過引入激光切割、數控銑切等工藝方法，解決了冷拉回彈造成的加工精度問題，以及高強度材料手工銑切的加工難題，優(yōu)化了各項難加工環(huán)節(jié)的生產效率，減少了加工時間。1序言鈑金蒙皮類零件的生產加工，其切割工藝多采用手工切割。面向鋁合金材料的生產加工，3.0mm厚度以下板材的切割加工較為適宜，但整體生產效率及生產精度偏低。隨著航空產品高精度、高性能需求的增長，鈦合金、鋁鋰合金及不銹鋼等材料的應用逐漸增加，面向外形復雜、輪廓不規(guī)則、多孔及高強度材料零件切割所需的加工時間長，加工難度更大。尤其是采用鈦合金材料加工的大尺寸機身蒙皮零件，材料強度高，拉伸回彈變形大，采用冷拉成形實現精準外形難度極大。因采用激光切割、數控切割過程中均需考慮一定的工藝余量補償，故降低了零件的生產效率[1-6]。本文以大尺寸鈦合金冷拉蒙皮零件為例，在考慮工藝補償的前提下，綜合對比不同鈑金加工工藝所需時間，并根據驗證結果優(yōu)化工藝流程，提高難加工鈦合金蒙皮零件的生產效率和制造精度。經實際生產驗證，解決了圖1所示典型難加工鈦合金蒙皮零件的加工問題，消除了切割加工主要難點，通過工藝流程迭代優(yōu)化，產品加工總時間相比優(yōu)化前大幅度縮短。

a）外形

b）多孔結構

圖1典型難加工鈦合金蒙皮零件2復雜多孔鈦合金蒙皮零件加工問題鈦合金蒙皮零件孔位極多，且部分孔外形表現為L形、橢圓形及槽形等異形。零件開孔數量分布于21～24個，裝配環(huán)節(jié)存在多個定位基準和相互協(xié)調關系。該零件加工難度極高，生產效率低。零件在切割加工過程中，操作人員首先要預定位，劃出各孔及零件外形線，粗切割外形并找出各開孔定位點，隨后精確劃線，再手工精銑。生產過程冗長，加工所需時間較長。表1列出了實際生產中各工位所需有效加工時間。4種蒙皮零件平均所需有效加工時間較長，為33.75h，且多數情況下需2或3人協(xié)同加工，生產效率低。表1實際生產中各工位所需有效加工時間（單位：h）3工藝方法優(yōu)化與重構通過表1所示各工位所需有效加工時間不難發(fā)現，切割（粗切和精銑）所需時間在瓶頸工序中所占比例為78%，即產品生產組織提效關鍵點為切割環(huán)節(jié)。針對難切割問題，擬通過引入數控切割方法，重構工藝流程，逐步迭代優(yōu)化工藝方法。引入激光切割開展優(yōu)化。由于零件孔位切割、裝配協(xié)調關系較多，且冷拉回彈造成零件外形精度偏差較大，所以在實施過程中保留余量，以避免產生廢品。通過優(yōu)化手工粗切環(huán)節(jié)為激光切割，切割工位所需有效加工時間有所降低，表2列出了第一次工藝方法優(yōu)化后各工位所需有效加工時間，可以發(fā)現零件1、零件2所需加工總時間降低21.9%，零件3、零件4所需加工總時間降低16.9%，但零件所需加工時間仍然較長，且保留余量造成手工精確劃線、手工精銑工作量較大，勞動強度過高。表2激光切割方法各工位所需有效加工時間（單位：h）該4種蒙皮零件的生產加工所用時間仍然過長。第二次工藝方法優(yōu)化為數控銑切，將劃線、粗切和精銑環(huán)節(jié)工作量降低至僅外形線，孔位及孔尺寸則由數控銑切保證精度。工藝驗證發(fā)現，整個流程所需加工時間有所回升，其主要影響工位為手工切割外形和手工精銑外形。表3列出了數控銑切工藝方法優(yōu)化后各工位所需有效加工時間。相比第一次優(yōu)化結果，零件1、零件2所需加工總時間增加8%，零件3、零件4所需加工總時間增加1.7%。分析其有效加工時間增加原因，主要為數控銑切時間＞其他工位優(yōu)化減少總時間，數控定位、形面調整和檢測環(huán)節(jié)所占時間較長，需要進一步調整。表3數控銑切方法各工位所需有效加工時間（單位：h）結合激光切割方法優(yōu)化結果，在第三次工藝方法優(yōu)化時，將數控銑切方法手工粗切外形環(huán)節(jié)優(yōu)化為激光粗切外形。激光粗切能夠盡可能減小零件銑切工藝余量，一方面降低了手工粗切外形所需時間，同時也間接大大提高了手工精銑外形的加工時間。表4列出了激光+數控銑切方法各工位所需有效加工時間，對比優(yōu)化結果發(fā)現，整體優(yōu)化效果明顯，產品加工總時間相比優(yōu)化前分別減少37.5%和40.8%。表4激光+數控銑切方法各工位所需有效加工時間（單位：h）4結束語本文針對鈦合金多孔蒙皮零件的切割難點和生產效率低的問題，重構工藝流程并逐步優(yōu)化工藝方法。在保