起飛、著陸、滑行……起落架裝置作為唯一一種支撐整架飛機(jī)的部件，其技術(shù)水平和可靠度直接關(guān)系到飛機(jī)的整體性能和使用安全。我國(guó)唯一的飛機(jī)起落架專業(yè)制造商是中航飛機(jī)起落架公司(簡(jiǎn)稱“中航起落架”)，它擁有國(guó)家級(jí)飛機(jī)起落架工程技術(shù)中心，主要從事軍民用飛機(jī)起落架系統(tǒng)、飛行器著陸裝置及液壓附件的研發(fā)制造，國(guó)際民用飛機(jī)起落架及附件的轉(zhuǎn)包生產(chǎn)和飛機(jī)起落架的修理等。歷經(jīng)50余年創(chuàng)新發(fā)展，公司建立起了能滿足現(xiàn)代飛機(jī)起落架研制和批生產(chǎn)的生產(chǎn)線，具有國(guó)內(nèi)最強(qiáng)的飛機(jī)起落架制造能力和國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的液壓技術(shù)優(yōu)勢(shì)，還擁有符合國(guó)軍標(biāo)，波音公司、梅西埃-道蒂公司工藝標(biāo)準(zhǔn)和俄羅斯航空標(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)起落架制造工藝和研制生產(chǎn)設(shè)施。日益強(qiáng)大的實(shí)力讓其頗受矚目。

起落架裝置是飛行器重要的具有承力兼操縱性的部件，它吸收和耗散飛機(jī)在著陸及滑行過(guò)程中與地面形成的沖擊能量。隨著航空技術(shù)的不斷發(fā)展和客戶需求的不斷提高，起落架產(chǎn)品也不斷升級(jí)換代。為滿足飛機(jī)長(zhǎng)壽命、高可靠性的要求，越來(lái)越多的新標(biāo)準(zhǔn)、新工藝、新材料被應(yīng)用;其中，鈦合金憑借優(yōu)異的綜合力學(xué)性能、密度小、抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為起落架的理想制造材料。但同時(shí)，鈦合金的硬度高、耐磨性高等特點(diǎn)也給加工帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，尤其是切削刀具，因鈦合金的切削性能差而導(dǎo)致刀具磨損快等加工難題頻繁出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了加工精度和效率。作為行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)的中航起落架公司也曾被這個(gè)難題深深困擾。

面對(duì)挑戰(zhàn)

鈦合金的加工究竟難在哪里?我們可以根據(jù)兩張圖表(見表1和表2)作出總結(jié)：一，鈦合金的彈性模數(shù)低，約為鋼的1/2，對(duì)于去除后的表面易反彈，易與刀具后刀面間產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦;二，塑性低、硬度高，切屑與前刀面接觸面積小，刀尖切削應(yīng)力大，刀尖和切削刃極易磨損，通常切削速度為30m/min 左右;三，化學(xué)活性大，在高溫狀態(tài)時(shí)，鈦和空氣中的大部分成分產(chǎn)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，特別是與氧氣和氮?dú)猓a(chǎn)生間隙固溶體，生成硬度很高的硬質(zhì)層，對(duì)刀具有強(qiáng)烈的磨損作用;四，親和性大，由于切屑與刀面之間的強(qiáng)烈摩擦，在高的切削溫度及高的切削壓力的作用下，刀具材料和工件材料中的鈦元素相互親和，產(chǎn)生咬合、粘刀，刀具易產(chǎn)生粘結(jié)磨損。

表2 鈦合金的機(jī)械性能


具體舉例：某新研型號(hào)起落架為串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，其主要承力構(gòu)件材料均采用了TC18鈦合金材料，單機(jī)數(shù)量18件，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)量多，材料去除量大，且毛坯加工余量分布不均勻，欠壓部位多(見表3鈦合金材料去除量)，毛坯表面存在α+β相層，在鍛打過(guò)程中位錯(cuò)強(qiáng)化，表面硬度高(HRC﹥55),厚度為0.1-0.15mm(如圖1)，研制初期單件加工周期在410h左右，加工效率低下。而近年來(lái)，隨著該型號(hào)轉(zhuǎn)入小批生產(chǎn)，交付數(shù)量增多，交付周期縮短，如何在現(xiàn)有設(shè)備、人員不變的情況下，縮短交付周期，提升交付進(jìn)度，降低生產(chǎn)成本，更是公司急需解決的難題。

表3：零件的材料去除量


面對(duì)難題和挑戰(zhàn)，公司的技術(shù)專家們迅速展開行動(dòng)。經(jīng)過(guò)研究分析，我們發(fā)現(xiàn)，TC18是一種高強(qiáng)度、高合金化的α-β兩相合金，這種材料強(qiáng)度高、韌性和塑性好、導(dǎo)熱系數(shù)和彈性模量小，這對(duì)加工刀片的材質(zhì)要求很高;加工TC18 還要求刀具前角較大，刃口鋒利，但是鋒利的刃口強(qiáng)度差，而產(chǎn)品表面的氧化層加大了刃口崩刃的可能。如何讓刀片刃口既保持鋒利又不失強(qiáng)度，這對(duì)刀片刃口處理是極大的考驗(yàn)。因此，如何合理優(yōu)化刀具的材質(zhì)，改進(jìn)鈦合金切削參數(shù)，是提高加工效率的決定性因素。結(jié)論已經(jīng)很明顯了——要想破解難題，關(guān)鍵要對(duì)切削參數(shù)和刀具特性做出權(quán)衡，并找到最合適的加工刀具。

努力找尋

為此，中航起落架的技術(shù)專家通過(guò)試切加工摸索切削參數(shù)、反復(fù)探索，最終總結(jié)出刀具選擇的原則必須依據(jù)下列條件：

1)刀具的材料(依據(jù)被加工材料、加工應(yīng)用類型、加工環(huán)境和現(xiàn)場(chǎng)加工的需求)。

2)幾何形狀(分為刀桿幾何形狀和刃口幾何形狀，主要影響表面質(zhì)量, 排屑效果，刃口強(qiáng)度, 毛刺, 振紋等)。

3)涂層(延長(zhǎng)刀具壽命，提高刀具的切削速度和進(jìn)給，獲得更高的生產(chǎn)效率，提高刀具的耐磨損性)。

4)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，統(tǒng)籌好效率和加工成本，充分考慮現(xiàn)有機(jī)床性能的條件下，使用比較保守的切削參數(shù), 可以有效延長(zhǎng)的刀具壽命，獲得較為合理的加工效率。

選擇的原則有了，按說(shuō)，事情的進(jìn)展應(yīng)該一帆風(fēng)順;不料，事實(shí)卻并非如此：結(jié)合公司數(shù)控設(shè)備的現(xiàn)狀，我們最初選用了某知名品牌可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金涂層刀具，并按其推薦的切削參數(shù)進(jìn)行加工。然而，結(jié)果卻不盡人意——由于零件來(lái)料狀態(tài)為模鍛件，表面有熱處理氧化層，且余量分布不均勻，加工時(shí)刀片磨損嚴(yán)重，加工不到2小時(shí)刀具就產(chǎn)生不同程度的磨損及崩刃現(xiàn)象，無(wú)法滿足批量生產(chǎn)的加工需求。這種情況的出現(xiàn)，讓難題的破解一時(shí)陷入僵局。

攻克難關(guān)

此后，中航起落架又嘗試過(guò)多家品牌刀具商的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)反復(fù)試切驗(yàn)證，最終選用了瓦爾特公司的Ø63R1.2高進(jìn)給銑刀(M4002-063-B22-06-02，刀片型號(hào):SDMT120412-F57 WSP45S)和Ø32R8仿形銑刀(F2231.W.032.Z02.08.L，刀片型號(hào)：RDMT1605M0-D57 WSP45S)作為主切削刀具。

瓦爾特M4002銑刀采用4刃正方形刀片，刀片涂層采用全球獨(dú)一無(wú)二的瓦爾特Al2O3物理涂層，該涂層工藝中的熱負(fù)荷極小，最佳內(nèi)應(yīng)力使產(chǎn)生熱裂紋的可能性降到最低，從而使切削材質(zhì)的韌性達(dá)到最高，而氧化鋁耐高溫涂層可以有效防止熱量傳遞到刀刃中，使刀片具有極佳的耐磨性能;另外，完美平滑的前刀面設(shè)計(jì)，切削過(guò)程中摩擦系數(shù)低，可以減少出現(xiàn)積屑瘤的傾向，通過(guò)獨(dú)特的涂層技術(shù)將耐磨性和韌性完美組合，實(shí)現(xiàn)高度工藝可靠性;刀體有多種接口設(shè)計(jì)， 15°主偏角，可以在高進(jìn)給的前提下，實(shí)現(xiàn)切深的最佳匹配。同時(shí)，根據(jù)不同的工件形狀和不同的加工工藝，M4002可實(shí)現(xiàn)面銑、坡銑、螺旋插補(bǔ)銑、插銑等各種走刀方式，尤其是在刀具長(zhǎng)懸伸時(shí)，可以有效減少振動(dòng)傾向，滿足高效加工的需求。

在瓦爾特技術(shù)人員全心全力的幫助下，經(jīng)過(guò)大量的轉(zhuǎn)位刀具切削試驗(yàn)，我們最終摸索出可轉(zhuǎn)位刀具加工鈦合金的工藝方法和最優(yōu)切削參數(shù)(見表4)，并根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和余量分布制定了相對(duì)完整的工藝方案和編程方法。令人頗為震驚的是，相比從前，加工效率提升了40%左右!(見表5)，不僅確保了零件加工質(zhì)量的可靠性和生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)高效性，而且滿足了該型號(hào)產(chǎn)品小批生產(chǎn)交付的需求，極大地促進(jìn)了公司業(yè)務(wù)的發(fā)展。

表4：切削參數(shù)表


表5：加工效率對(duì)照表


“實(shí)踐證明，大進(jìn)給銑削刀具是鈦合金銑削加工的利器，而此次在銑削刀具上選擇瓦爾特公司的產(chǎn)品是一種既正確又比較經(jīng)濟(jì)的選擇!”中航起落架公司的技術(shù)專家們一致如是認(rèn)為，“我們希望能與具有強(qiáng)大技術(shù)、工藝實(shí)力的設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行深入合作，瓦爾特是其中優(yōu)秀的一員。為了每一次的平安起飛和降落，我們攜手同行。

圖1、零件局部毛坯


圖2 .切削參數(shù)對(duì)刀具壽命的影響


圖3 .現(xiàn)場(chǎng)零件加工及刀具使用局部圖


圖4 .刀片使用對(duì)比圖