1、引言

飞机各部件在装配前必要先加工出装配孔，对装配孔的精加工是飞机装配环节必须的步骤
。装配孔对孔径精度、孔壁光度和孔的地位杜仔较高要求，通常会使用铰刀对装配孔进行精加工
。但是铰刀的排屑机能较差，当被加工部件是钛合金等黏性较大的难加工资料或孔的深度较深时，铰刀排屑能力不及的问题将被放大
。此表，铰刀对孔的地位精度险些没有建改能力，并且对底孔的直线度要求也较高，当两个装配部件的预造孔地位误差较大或粗加工的底孔质量较差时，铰刀的使用会受到很大限度，很可能影响到最终装配孔的加工质量
。因而，本文提出使用单刃镗刀包办铰刀的加工规划，以解决造孔过程中遇到的上述问题
。

2、单刃镗刀的建模与切削仿真

如图1所示，以加工10mm装配孔为例，使用CATIA软件急剧成立单刃镗刀的三维几何模型
。

镗刀刀柄直径为16mm，长度为60mm;颈部直径为8.4mm，长度为40mm;刀头直径为6.7mm，长度为10mm;刀尖地点圆周直径为10mm
。刀尖的主偏角取96°，副偏角取10°，刀尖圆弧半径为0.2mm
。成立一个新平面与刀具轴向夹角成45°，并在该平面内设置刀尖前角，前角角度10°;圆周后角分为两段，第一后角取8°，第一齿背宽度为0.5mm，第二后角取30°，第二齿背宽度为1.5mm;端面后角取15°
。

将成立好的单刃镗刀模型导入AdvantEdge软件进行有限元仿真
。为了削减网格数量、降低仿真的运算量并缩短运算功夫，只导入靠近刀头的一部门模型
。导入后拔取刀具资料为硬质合金，并为刀具模型划分网格，刀具网格的最大单元尺寸设为1mm，最幼单元尺寸设为0.01mm，网格等级为0.4
。

被加工零件为圆形薄板，直径为φ12mm，厚度为3mm，并预造出直径φ9.7mm的初孔
。同样使用CATIA软件成立被加工零件的模型并导入AdvantEdge软件，资料选择TC4钛合金，并为零件模型划分网格
。零件网格的最大单元尺寸设为1mm，最幼单元尺寸设为0.2mm，网格等级设为0.5
。

如图2所示，设置刀具和零件的装配关系
。切削参数设置为转速500r/min，进给量0.08mm/r
。

凭据有限元仿真的了局对单刃镗刀加工钛合金孔的切削状态进行分析
。图3a为刀具应力的散布云图，能够看出刀具的应力重要集中在刀尖处
。同时，刀头与颈部的衔接处也是应力比力集中的地位
。

图3b为刀尖切削温度的散布云图，凭据图中色彩散布梯度可知，刀尖的温度最高，约为350℃左右，而刀头部门的温度随着与刀尖距离的增长迅速降低
。

这是由于刀头部门体积较幼，切削刃很短，与工件的接触面积幼，切削时产生的热量只有少部门可能传递到刀具上，大部门热量会被切屑带走
。图3c为切屑状态及温度的仿真图，镗孔加工产生的切屑为细长的螺旋状切屑，温度约莫为450℃左右
。

图3d为切削力的仿真曲线，能够看出，切削力的轴向分力很幼，只有5N左右，而径向分力随着刀具的旋转在±40N之间呈周期性变动
。这是由于切削深度和进给量较幼，使得背向力和进给力都很幼，切削力重要由切向力组成
。仿真曲线能够近似看作是切向力在X轴和Y轴上的分力随功夫的变动曲线
。

3、单刃镗刀的设计与造作

由于铰刀的容屑槽较浅，容屑空间幼，切削刃较长，且钛合金的黏性比力大，钛合金切屑很容易粘在铰刀的切削刃上，使切削刃对切屑产生二次切削，影响孔壁的粗糙度，甚至造成孔径超差
。为解决此问题，使用镗刀包办铰刀，选取镗削的方式对装配孔进行精加工
。镗刀的切削刃短幼敏感，容屑空间很大，镗孔过程中产生的细长螺旋状切屑很容易从刀具与孔壁的间隙排出，从而保障孔壁的粗糙度和孔径的精度
。当两个部件上别离设有预造孔时，两个孔的地位精度和直线度很可贵到保障，通常的扩孔、铰孔等加工方式很难对其进行建改，加工成效不梦想，若是使用单刃镗刀则能够很好地解决这一问题
。

单刃镗刀为非对称切削，镗孔时不受底孔导向作用的限度，可能有效添补孔中心地位精度和直线度的误差
。装配孔的直径通常比力幼，只有几毫米至十几毫米，可调式镗刀头结构复杂，体积较大，不合用于幼直径装配孔的加工
。因而，在刀具设计上选取定尺寸单刃镗刀的结构大局，能够满足钛合金装配孔的加工需要
。

在设计切削刃的几何状态时必要综合思考刀具的机能和钛合金资料的切削个性
。与铰刀相比，镗刀必要更大的前角来保障切削刃足够敏感，降低刀尖切入工件时的阻力，减幼切屑与前导的摩擦，降低前导的磨损水平，使月牙洼产生的地位远离刀尖，预防直接减弱刀尖
。在与刀具轴向夹角成45°的平面内开设前角，所形成的前导向刀具尾部偏斜，能够使切屑沿前导流出时向后卷曲，便于将切屑排出孔表
。刀具的主偏角大于90°，能够使刀尖向前探出，便于孔的加工，即便盲孔也可能使用
。主偏角和副偏角的角度较幼，增大刀尖角可能在刀尖处保留更多的实体，提高刀尖强度
。由于钛合金资料回弹量较大，造孔过程中孔壁与后导的摩擦比力剧烈，因而必要增大刀具的后角
。后角可分为圆周后角和端面后角两个部门，圆周后角可分为两段设置，既加强了刀尖的强度，又能降低后导与孔壁的摩擦，而端面切削余量不大，设置一个后角即可
。

装配孔的直径较幼，孔内空间有限，因而单刃镗刀不宜选取焊接式或机夹刀片结构，更适合选取硬质合金棒料整体造作
。在造作刀具时，首先磨造柄部表圆、颈部表圆、刃部表圆及遍地倒角，而后磨造切削刃
。单刃镗刀为定尺寸刀具，由切削刃的回转直径直接确定孔的加工直径，并且该镗刀用于装配孔的精加工，所以必要精准节造镗刀刃部尺寸的造作公差
。为了使切削刃的直径越发正确，同时也方便丈量，能够选取先对称磨造两个刀齿再去除一个齿的方式
。磨削时，以端面向心角包办主偏角，圆周倒锥角包办副偏角，依照前角、端面后角、圆周后角的挨次进行加工，并通过圆周后角来节造切削刃的回转直径，最后磨去刀头有余的部门
。若是设备拥有内冷职能，还能够使用带有内冷孔的硬质合金棒料造作刀具，通过内冷孔向切削刃送风冷却，使刀具获得更好的切削成效
。

4、切削验证分析

造作三种规格的单刃镗刀进行切削试验，粗加工刀具的直径为φ9.6mm，半精加工刀具的直径为φ9.9mm，精加工刀具的直径为φ10mm
。被加工试验件为TC4钛合金板，厚度10mm，预造出φ9.1mm的底孔
。粗加工和半精加工时刀具转速500r/min，进给量0.08mm/r，精加工时刀具转速600r/min，进给量为0.05mm/r
。

经检测，被加工孔的孔径达到H8级精度，孔壁的表表粗糙度为Ｒa1.6，孔的地位度为0.025mm，垂直度0.05°，切合形位公差尺度，满足飞机装配孔加工的工艺要求
。

5、结语

(1)与铰刀相比，单刃镗刀可能建改底孔的地位度和直线度误差，对设有预造孔的装配部件合用性更强
。单刃镗刀的排屑机能更好，加工钛合金不易粘屑，预防切削刃对切屑造成二次切削，可能得到更好的孔壁粗糙度和孔径精度
。

(2)单刃镗刀必要设置较大的前角，使切削刃越发敏感;为了克服钛合金资料的回弹个性，必要加大刀具的后角;主偏角和副偏角能够适当减幼，增大刀尖实体，提高刀尖的强度
。

(3)在造作单刃镗刀时，为了提高切削刃尺寸的造作精度，选取先对称磨造两个切削扔注再去除其中一个的步骤，选取端面向心角包办主偏角，圆周倒锥角包办副偏角
。

参考文件

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［2］林美安.飞机机身装配工艺及仿真技术钻研［D］.漯河:漯河航空航天大学，2010．

［3］王笑时.造孔多职能结尾执行器研造及造孔质量钻研［D］.大连:大连理工大学，2022．

［4］陈日耀.金属切削道理［M］.北京:机械工业出版社，2002．

第一作者:王芃，工程师，沈阳飞机工业(集团)有限公司，110000沈阳市 

First Author: Wang Peng，Engineer，Shenyang Aircraft Industrry( Group) Co．，Ltd．，Shenyang 110000，China