花键槽电解加工.pdf

飞机起落架花键槽的电解高精加工技术 陈远龙 王天霁 朱树敏 合肥工业大学特种加工研究所 合肥 230009 摘要 花键槽的加工是机械制造的难点 采用三面进给短阴极加工法电解加工起落架花键槽可以大幅度降低机械加工的成本 且加工速度快 精密度高 , 表面质量好 该工艺技术中 阴极和工装夹具的设计及制造 工艺参数的选择等至关重要 该技术已在航空制造业获得成功应用 还可以推广至其他花键加工业 对于内齿轮 内棘轮 以及异型孔的加工也极具借鉴价值 关键词 电解加工 花键槽0 前言 起落架是飞机的一个重 要部件 直接关系到飞机的运行安全 它由优质合金钢材料制造并需在淬火后低温回火处理 由于热处理会导致花键槽的变形 以及起落架柄部与根部接合处的开裂 因而 花键槽的加工必须安排在热处理工序之后 作为最终加工 而热处理后工件的硬度较高 若采用传统的拉削工艺 拉刀的磨损很快 通常一把价值数万元的拉刀 使用寿命仅有几十次 这既增加了高昂的生产成本 又影响了产品的质量和加工效率 所以将电解加工技术应用于飞机起落架花键槽的加工 极具应用价值 1 阴极设计 根据加工阴极的不同 花键槽的电解加工可分为两种方式 即三面 进给加工和端面进给加工 其中 三面进给加工较适合于起落架花键槽的加工 三面进给加工的阴极 其阴极齿顶面及两側面沿主轴头进给方向均带锥度 以前使用的阴极 锥度很小 阴极齿很长 而且前后均需引导 工装夹具极其复杂 只适合于在卧式电解加工机床上使用 另外 总的加工时间较长 生产率低 针对这些缺陷 我们研究了锥度较大的短阴极加工法 短阴极加工法的阴极 由阴极齿 铜套和环氧树脂三部分组成 如图 1 所示 1212环 氧 树 脂阴 极 齿铜 套 工 件阴 极水 套导 柱连 接 板底 座电 解 液电 解 液 电 解 液 图 1 阴极的结构图 图 2 工装夹具结构示意图 1 阴极材料的选择 阴极齿是阴极的主体 选用铜钨合金材料 因为其导电性好 抗火花蚀除能力强 即便发生短路也不易烧伤 通常一个阴极可以加工几十至几百个工件 另外 铜钨合金的强度和刚度好 机械加工和钳工修整均较容易 它的缺点是价格昂贵 较脆 不耐撞击 容易折断和产生裂纹 铜套的材料是紫铜或黄铜 其作用是增加导电面积和减少铜钨合金的使用量 环氧树酯的作用是支承导向 与花键内径配合 和绝缘屏蔽 减少已加工面的杂散腐蚀 极的尺寸设计 阴极的尺寸设计 其关键在于阴极齿顶面及两侧面的锥度 齿顶角 齿側角 的取值 锥度的大小 直接影响阴极齿的长度和铜钨合金材料的使用量 更重要的是 将决定加工法向间隙的数值 最终影响花键槽的加工精度 加工稳定性和生产效率 为了既能保证加工速度 又能满足加工精度要求 阴极沿主轴头进给方向设计成三段 参见图 1 即 粗加工段 1 大锥度 精加工段 2 小锥度 和抛光段 3 零锥度 粗加工段的设计 是为了快速去除大部分的金属 以保证生产效率 属于初始预加工 开槽 因此 粗加工 段应选用较大的锥度值 由于矩形花键齿宽为 14高为 514/5 = 因此 为了均匀流场 避免短路 应使齿顶角 齿側角 根据有关资料和试验结果 确定为 1 = 480 1 = 420 粗加工过程中 法向间隙较小 火花短路较多 精加工段的设计 是为了去除粗加工留下的尺寸余量及表面缺陷 以基本上满足尺寸和表面质量的要求 因此 它选用较小的锥度值 2 = 2 = 9030 由于精加工段的加工过程是处于一种过渡状态 最终很难保证各个齿形的一致 因此还需要通过抛光段的加工 来对 全齿进行最后一道精整 从而确保工件的尺寸精度和表面质量通常 抛光圈宽度 b 取 .2 2 工装夹具设计 短阴极加工法的工装夹具如图 2 所示 主要包括底座 工件 水套 阴极 导柱和连接板等六部分 与长阴极加工法相比 短阴极加工法的工装夹具相对简单 但是 其水套和底座必须周密设计 方能保证工艺的成功 套设计 电解加工中 应向加工间隙内提供具有一定压力和较高流速的电解液 水套的作用就是对电解液加以引导和密封 并保证加工间隙内流场的均匀 由于电解液的压力较高 水套内采用全封闭流道 并在水 套与工件 水套与导柱等结合面处采用可靠的密封 如配置橡胶海绵 形密封圈等 底座设计 底座是工件的安装定位基准 但在该工艺中 它又担当一个重要作用 就是要确保加工过程中电解液出口的背压 这是因为电解液从加工区流出后 要进入底座内 然后再从其底部的出液孔中喷出 因此 出液孔的大小 就决定了电解液背压的数值 而合适的背压 有助于加工区流场的均匀和工件表面质量的提高 经过反复试验 出液孔的直径选定为 8 应的电解液背压是 短阴极加工法的阴极齿很短 又省去了前引导部分 因而可以在目 前广为应用的立式电解加工机床上使用 显著扩大了其应用范围 同时 辅助加工时间也大为缩短 生产率得以明显提高 3 加工工艺参数及工艺效果 加工工艺参数 电解液成份 15% 电解液压力 加工电压 18V 加工电流 约 1000A 进给速度 4mm/加工工艺效果 所加工的工件不仅能满足各个键槽的尺寸形状要求 而且均通过了花键综合量规 全齿通规和止规 的严格检验 合格率 97%以上 4 结论 1 电解加工起 落架花键槽可以大幅度降低机械加工的成本 2 与长阴极加工法相比 采用三面进给短阴极加工法 可以在目前广为应用的立式电解加工机床上使用 显著扩大了其应用范围 同时 辅助加工时间也大为缩短 生产率得以明显提高 3 采用三面进给短阴极加工法电解加工起落架花键槽 加工速度快 精密度高 ,表面质量好 4 面进给短阴极加工法已在航空制造业获得成功应用 还可以推广至其他花键加工业 对于内齿轮 内棘轮 以及异型孔的加工也极具借鉴价值 参 考 文 献 1 陈远龙 电解加工工艺参数数据库及电解加工基本工艺规律 研究 博士学位论文 合肥 合肥工业大学 2000 2 徐锐敏 盲孔花键的电解加工 电加工 1992 3 1920 3 航空制造工程手册 总编委会主编 航空制造工程手册 .