异形管小孔钻制工艺与工装设计

束飞

江西洪都航空工业集团有限公司 江西 南昌 330000

引言

随着飞机性能的不断提高，如何提高钣金件的制造精度成为一个突出问题。某型飞机异形管是一种功能性产品，具有外形复杂、孔径小、孔精度要求高的特点，制孔质量直接影响到该产品的使用性能[1]。

1 异形管结构及工艺分析

某型飞机异形管为双曲面扁管，材料为LF2M，一端有32个通孔，孔径为φ0.5mm，产品设计要求为用0.3Mpa水压试射，保证液流平行，在300mm范围内不交叉。该产品制造存在的主要难点为：①孔间距为13mm，在300mm范围内液流互相不交叉。通过计算可知，喷水试验中水柱的角度公差为±1°，考虑到导管外形制造公差、导管结构（刚性差、易变形），钻孔难度较大。②使用φ0.5mm钻头钻孔，钻头刚性差，易造成制成的孔偏斜、钻头易折断，影响钻孔的质量。③异形管钻孔的端面为圆弧，钻孔时易滑动，造成钻孔偏斜且孔不在喷管的中心，影响孔的平行度。④异形管厚度薄（1mm），孔的引导区短，孔对水柱的引导性差，喷水时稳定性差，易偏斜。⑤异形管型面为钣金成形，公差较大，无法采用数控加工方法进行制孔。

2 钻孔工艺方案

针对异形管圆弧端面和孔引导区短的问题，提出在喷管端面堆焊，以达到使异形管端面改为平面并增加引导区长度的目的；改进异形管钻孔夹具工装，保证异形管定位准确、固定平稳；使用精密钻床保证孔平行度[2]。

3 钻孔设备选择及工装设计

3.1 钻孔设备选择

钻床主轴同轴度高，振动小、稳定性好，主轴跳动应小于0.005mm，综合考虑选取小型、高速钻床。

3.2 钻孔工装设计

图1 钻孔工装图

工装结构采用分体式，分为半模A和半模B，采用销钉定位，螺钉连接作为夹紧装置。异形管在模具中定位凸出模具约5mm，以保证焊疤以及钻孔时钻头不与模具干涉。

模具工作型面按异形管标准样件协调，保证与异形管产品型面的协调、一致性，使定位时异形管不产生变形。模具工作型面A往内缩进0.5mm，以起到工装的夹紧作用。

模具工作型面敷设环氧树脂，型面光滑，防止在夹伤产品。

模具底面进行铣切加工，保证平面度。

4 钻孔工艺流程

异形管成形→端面堆焊并打磨→工装中定位夹紧→钻孔。

5 钻孔工艺工艺参数确定

影响异形管钻孔质量的主要有堆焊高度和钻孔工艺参数的选择：堆焊主要起到对水柱的引导作用，高度太低则无法起到引导作用，高度太高则增加了钻孔的难度和钻孔时间；钻孔工艺参数主要为钻头长度、钻床转速以及切削液的选择。

在进行小孔试钻基础上，初步确定了较合适的堆焊高度和钻孔工艺参数范围，从中选取不同堆焊高度和工艺参数设计试验方案并分别进行工艺试验。钻孔工艺试验各项参数选择、钻孔概况及喷水试验结果为：

工艺试验方案一：堆焊高度为1.5mm，钻头长度为6.5mm，钻床转速分别选择1500、3000r/min两种，钻孔切削液选择为水。试验结果为：钻孔过程中折断钻头3根，喷水试验结果为11个孔不合格。

工艺试验方案二：堆焊高度为1.5mm，钻头长度为6.0mm，钻床转速分别选择3000、6000r/min两种，钻孔切削液选择为水。试验结果为：钻孔过程中折断钻头2根，喷水试验结果为4个孔不合格。

工艺试验方案三：堆焊高度为2.5mm，钻头长度为7.0mm，钻床转速选择6000r/min，钻孔切削液选择为水和油两种。试验结果为：钻孔过程中折断钻头9根，喷水试验结果为孔全部合格。

工艺试验方案四：不进行堆焊，钻头长度为5.0mm，钻床转速选择6000r/min，钻孔切削液选择为油。试验结果为：钻孔过程中未折断钻头，喷水试验结果为3个孔不合格。

工艺试验方案五：堆焊高度为1.5mm，钻头长度为5.5mm，钻床转速为6000r/min两种，钻孔切削液选择为油。试验结果为：钻孔过程中折断钻头1根，喷水试验结果为孔全部合格。

对以上五个试验方案所选取的工艺参数和对应试验结果进行对比分析如下：

5.1 喷管堆焊高度

4号管水流引导区过短，平行度无法满足产品技术要求；3号管消耗钻头数量多、耗时长，无法满足批量生产要求，故最佳堆焊高度为1.5mm。

5.2 钻头长度

5号管钻头露出长度适中，建议钻头露出钻帽长度为5.5～6.0mm。

5.3 机床转速

异形管选用材料软、黏性大，提高转速可减小材料对钻头的不利影响，并增加排屑效率。使用不同转速对同种材料进行多次钻孔发现6000 r/min的转速最为合适。

5.4 切削液

钻制小孔时排屑槽狭窄、排屑不流畅，钻孔升温较快，必须进行充分的冷却和润滑，故选用黏度低的油质切削液较为合适。

5.5 小孔钻制方法

钻制小孔时进给力和进给量要小，及时退出钻头并清理切屑。同时由于排屑困难和温度较高，钻头损耗大，应及时地更换磨损的钻头，通过工艺试验确定每钻10个孔更换钻头。

6 结束语

异形管钻孔工艺方案及工艺参数在某型飞机批生产中进行了应用，具备可操作性，制造的异形管能完全达到新的产品设计要求，对今后类似小孔钻制提供了借鉴。