廈門太古飛機工程有限公司(以下簡稱“廈門太古”)是一家大型民用飛機維修企業,為世界各地飛機經營者或擁有者提供飛機維修服務,包括飛機改裝、部件組裝、零件制造等。目前,廈門太古擁有六座雙寬體機位機庫,可容納17架飛機同時進行維修、大修及改裝,業務領域涵蓋波音737/747/757/767/777,空客320/330/340及麥道MD-11等主流民航機型,是中國第一家為A380飛機提供航線維修服務的維修機構。其在廈門建立的亞洲首個獲得波音和空客批準的公務機及私人飛機客艙整裝中心,填補了國內空白
 

    為了滿足企業發展的需求,近年來,廈門太古大力拓展自己的零部件制造能力,以更好地為飛機改裝業務提供配套服務。如今,廈門太古已獲得了波音等原廠商的生產許可,建立了整套完備的生產體系,具備機械加工、鈑金加工、特種工藝制造、線束、B747-400BCF客改貨復式地板梁組裝等能力。
隨著公司承接業務的增多以及服務功能的不斷擴展,廈門太古在加工過程中也開始面臨更多的挑戰,比如加工成本的控制、整體加工效率的進一步提升等等。面對競爭激烈的航空制造市場,廈門太古清醒地意識到,提高市場競爭力的核心就必須為客戶提供最具性價比的產品。就機加工方面來說,只有通過不斷尋求新的工藝、應用新的技術,才能實現增效降本的目的。

刀具實現對成本的嚴格把控
    飛機結構件是廈門太古主要的機加工產品,從材料來看,廈門太古目前加工的飛機結構件多為不銹鋼材質,如300系列奧氏體不銹鋼、15-5PH馬氏體沉淀硬化不銹鋼。這種材料的加工難點在于,其內部的碳化物硬質點在加工中會加劇刀具的磨損,而且容易在前刀面產生月牙洼磨損,粘刀現象嚴重,在刃口上還易引起微小的剝落和缺口。當切削溫度高、切削抗力大時,還存在較嚴重的加工硬化現象,令切削過程中所產生的切屑不易折斷。
    從結構上看,飛機結構件通常都具有薄壁、尺寸大、加工余量大、相對剛度較低的加工特點。有時為了減輕重量,還要進行等強度設計,往往在結構件上形成各種復雜槽腔、筋、凸臺和減輕孔等要素。例如,不銹鋼飛機結構件有深槽、窄槽、薄壁、細小孔等復雜結構,切削效率低和刀具的大量損耗是其面臨的主要加工難點。刀具的成本還只是其次,因為這僅占整體制造成本的一部分,關鍵在于,因為刀具的加工問題所連帶產生的對整體制造成本的影響,是急需解決的。因此,尋找高性價比的刀具,成為廈門太古在實際生產過程中控制加工成本的關鍵。
    通過對多家刀具品牌產品的綜合評估,廈門太古最終選擇了瓦爾特作為刀具的主要合作伙伴。瓦爾特刀具在航空制造加工領域有著深厚的技術沉淀,切削技術處于世界領先地位,同時其高效、及時的售后服務也令太古的技術人員受益良多。在瓦爾特的大力支持下,廈門太古對現場加工工藝進行優化,有效落實了刀具成本控制及加工效率提高等工作,取得了許多階段性成果。

銑削效率大幅提升
    飛機結構件的復雜型腔是用數控銑削方法由整塊毛坯件逐步挖制而成,其加工工藝過程為:下料、銑平面、粗銑槽、精銑槽、加工孔、銑外輪廓、去毛刺。其中,切削加工時間占飛機結構件總加工時間的比例最大。在廈門太古,瓦爾特刀具被用于不銹鋼銑削的粗加工工藝過程中,分別針對直徑小于0.75英寸和直徑大于0.75英寸的粗加工應用。

1. 直徑小于0.75英寸的粗加工刀具
    廈門太古原來選用的是鑲齒刀或整體硬質合金刀具。但長期的應用結果表明,如果選用鑲齒刀,由于刀徑小,只能安排單齒或少齒結構,加工的振動大,金屬去除效率低,刀粒更換頻繁;如果選用整體硬質合金刀具,在合理的長徑比條件下,切削性能是能滿足要求的,但是當切削有效刃口的涂層損耗,刃形損傷后,就需要整把更換,成本高昂。
    為解決這個生產難題,瓦爾特航空產品應用工程師向其推薦了最新的CONEFIT專利模塊式整硬銑刀系列產品,很好地解決了廈門太古小尺寸零件的粗加工需求問題。可換頭系列刀具在保留了整體硬質合金涂層刀具所有的加工性能的基礎上,只有前端可拆卸剖分是刀刃結構,而有近三分之二的刀體采用了實心刀桿,刀具的剛性獲得了極大提高,即使在較大長徑比(5~6倍)的裝夾方式下,也能獲得滿意的金屬去除率。更重要的是,當刀具磨損后,只須更換前端刀頭,刀具損耗成本得到極大降低。

2. 直徑大于0.75英寸的粗加工刀具
    廈門太古采用了瓦爾特的F2330系列三角弧刃刀粒鑲齒刀,其抗崩和耐磨的特點在不銹鋼件的粗加工上得到了很好的體現。統計數據表明,刀粒耐用度為一般直刃刀粒的3-4倍,在長時間、大金屬去除量切削環境下優勢明顯:即保證切削效率,又具備高耐用度和可靠性。該型刀具在加工時,切削抗力的主分力與軸向重合,次分力很小,實際加工過程的振動相比其它類型的以徑向切削抗力為主的刀具要小很多。
    小切深、每齒大進給量的設計,兼顧了抗振、抗崩及切削效率的應用需求。更實用的是,該類型刀具產品在大長徑比裝夾不利的情況下,也能保持較小的徑向彎曲變形扭矩,有效保證了刀具的剛性及切削性能。

攻克小直徑深孔鉆難點
    在不銹鋼件的小直徑深度鉆削(小于3mm直徑,大于8倍徑的孔深)中,瓦爾特刀具的表現也非常突出。之前,不銹鋼件的小直徑深度鉆削一度成為廈門太古技術攻關的難點,雖然技術人員對鉆削用量、切削參數選用、鉆削方式選擇等工藝因素不斷調校,但最終還是無法達到滿意的加工效果。尤其是鉆頭的磨損問題,深孔斷刀問題一直無法得到有效的控制,頻繁的斷刀和零件報廢一度導致廈門太古相關零件的交期壓力及加工成本高居不下。
    經過試刀后,廈門太古決定選用瓦爾特的微型深孔鉆系列產品,其鉆尖的獨特設計能使鉆孔時產生的切屑順利的排出孔外,保證了加工的平穩,防止擠壓刀具而導致的斷刀現象。另外,中心出水的內冷設計解決了深孔鉆屑惡劣環境下的冷卻問題,可以不用退刀完成連續鉆削加工。刀具的耐用度及切削性能的穩定性讓生產團隊感到格外滿意。
    令廈門太古生產團隊感受最深的一次應用是,使用瓦爾特的一款A6488TML-1.2MM的八倍徑深度的1.2mm鉆頭。被加工零件材料為15-5PH沉淀硬化不銹鋼,每個零件圓周均布八個小孔。該款鉆頭是中心出水設計,采用不抬刀連續鉆削的加工方式,主軸轉速5000r/min,進給速度3in/min。據現場加工實際數據統計,平均每把鉆頭的鉆孔數量可以達到3200個孔,壽命提高顯著,不僅提高了加工效率,還極大降低了刀具使用成本。
    航空類零件經常需要加工公差帶寬度在0.0005英寸的精密孔,其圓度采用BORE GAGE測量,柱面任意兩點直徑位置只要有一處超差,零件即報廢,內孔光潔度要求一般在英制Ra32(公制Ra0.8或以下)。如果采用內孔磨削可保證該類加工要求,但需要增加機床設備及加工工序,令加工成本提高。瓦爾特技術人員根據廈門太古的加工要求和設備現狀,推薦了瓦爾特模塊化鏜刀系統配備Xtra-tec涂層刀片解決方案。通過鏜刀座、鏜刀桿、縮頸套的靈活組合,可以滿足其不同直徑范圍的孔加工需求,粗鏜刀和精鏜刀共用相同的模塊系統,大大減少刀具庫存,非常適合多品種小批量的航空類零件制造。精鏜刀的調整精度最高達到0.002mm,可以滿足高精度孔的加工需求,并且精鏜刀配備有平衡系統,可以實現高轉速精鏜,滿足了圓度及表面光潔度要求。
    在廈門太古,制造部的技術人員每天都在面對著現場各種零件的加工挑戰,除了要解決生產過程中出現的技術質量問題,保證每個訂單的順利投產和交付,還要把更多的精力放在加工成本的控制上。多年的加工經驗表明,只有不斷優化加工工藝流程,才能提高加工效率、降低刀具損耗,才能有效的降低部門的生產運作成本,從而支持部門的業務量及利潤獲得持續增長。
    目前,廈門太古已經與世界各大著名的飛機設備原廠商展開了合作,發展飛機零部件大修能力,建立了一系列飛機零部件維修企業,將來,公司還將建立并發展一個具備一定規模和能力的獨立的部件制造中心,而強有力的工藝裝備和先進的加工工藝是其實現長遠發展的原動力。■

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