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[ 信息發布:本站 | 發布時間:2017-10-26 | 瀏覽:242次 ]

超大型壁板類零件是大飛機研制中采用的重要結構之一,多用于大飛機的機翼或地板等。超大型壁板由于尺寸巨大,加工去除率很高,對加工過程中的變形進行控制是非常重要的。本文結合實際,提出了一種整體控制超大型壁板類零件加工變形的工藝方法,對于提高大型壁板類零件的加工質量和效率具有非常重要的意義。

國產大飛機是我國航空工業現在和未來重要的發展方向之一,大飛機的研制需要相關高、精、尖技術的支撐。超大型壁板類零件是指在大飛機中普遍采用的尺寸超大(長度方向達到20m)的整體壁板零件,這種零件具有尺寸大、結構復雜、精度要求高的特點,成為大飛機結構件制造的難點之一。

超大型壁板類零件一般具有異型孔、加強筋條等整體結構,由于尺寸精度要求較高,大多采用數控加工的手段完成制造。我國國產大飛機研制中采用了超大型壁板類零件的結構,其精度要求如下:腹板和筋條厚度公差為±0.15mm,筋條高度公差為±0.2mm,壁板外表面貼平臺,翹曲不大于5mm,不允許有鼓動。對于超大型整體結構件的加工而言,要滿足以上精度要求,必須要有科學合理的加工變形控制技術,以滿足加工的要求。

本文對超大型壁板類零件加工變形控制技術進行研究,采用了整體變形控制工藝,并在實際加工中驗證了這種整體變形控制工藝,能夠很好地控制超大型壁板類零件的變形,總體加工精度達到了0.2mm,取得了很好的效果,具有重要的工程推廣應用價值。

整體加工變形控制工藝方法

1整體加工變形控制流程

對超大型壁板類零件的整體工藝進行分析,其毛坯采用全尺寸的大型預拉伸鋁合金板材,最終形成“一面光面、一面結構”的非對稱整體壁板類零件,一般情況下,材料去除率達到95%左右。預拉伸鋁合金板材在加工過程中形成的加工變形主要是由于殘余應力釋放造成的,特別是尺寸超大型的結構件,在大去除率的加工過程中,如果不能很好地處理殘余應力釋放的問題,容易造成零件加工過程中及加工后的大變形,從而導致尺寸超差或者產品不滿足要求而報廢。

如圖1所示,結合超大型壁板類零件的加工流程設置了如下的加工變形控制整體工藝流程。工藝流程包括:大余量開槽腔、定位面精加工、粗加工、自然時效、真空裝夾、在線測量余量和精加工等。其中大余量開槽腔的主要作用是釋放毛坯殘余應力,該工序不形成特征尺寸,主要是通過快速去除大余量材料來釋放毛坯本身的殘余應力,是控制變形的關鍵工序;定位面精加工、粗加工和自然時效是釋放粗加工殘余應力,進一步釋放殘余應力,這一工序的加工已形成均布余量的零件毛坯,加之自然時效的作用,更加容易控制加工變形。真空裝夾和在線測量余量是精加工工序的工藝準備,真空裝夾是一種保證零件穩定的裝夾方式,通過在線測量獲得經過粗加工和自然時效后的余量變化情況,從而調整加工工藝,以保證特征尺寸的精度,準備完成后就進行精加工工序來完成壁板的加工。

以上流程貫徹超大型壁板類零件加工的每一個工序,每一工序都考慮了釋放應力和均布應力以控制零件的加工變形,無論在不形成特征尺寸的粗加工工序還是在控制尺寸精度的精加工工序,都把變形控制作為零件加工的重要內容進行分析和考慮,從而達到整體控制加工變形的效果,控制加工變形是保證零件加工精度的首要因素。

2釋放毛坯殘余應力

超大型壁板類零件的毛坯采用大型預拉伸鋁合金板材,毛坯整體重量可達到5~6t,在存放及運輸過程中,由于振動、溫度變化等因素的影響,毛坯本身容易產生很大的變形,對裝夾定位帶來很大的影響。如一塊19000mm×1500mm×75mm的毛坯經過存放、運輸后,變形量最大達到8mm,呈現“拱起”的狀態,使得零件無法裝夾到平臺上去。因此,對毛坯的變形進行處理是非常重要和必要的。

如圖2所示,采用大余量去除余料對毛坯進行開槽的方式來消除毛坯的變形,根據零件的結構特征,在保證加工余量的前提下,去除毛坯的余料部分達到毛坯總量的40%左右。大余量去除余料后,毛坯的殘余應力得到很好的釋放,零件變形減少,控制在1mm左右,而且毛坯重量大大降低,降低了零件翻面等操作帶來的困難。大余量去除余料對機床和刀具沒有特殊的要求,而且加工效率較高,不僅解決了毛坯變形的問題,而且提高了零件加工的整體效率。

3粗加工

粗加工在保留精加工余量3mm的要求下,形成零件的基本輪廓,零件的基本結構已經形成。經粗加工后,對零件進行48h自然時效,充分釋放應力。粗加工主要是為了消除零件結構特征帶來的應力釋放而造成的變形,粗加工后的余量要滿足精加工的要求并保證精加工去除余量后不會造成大的變形,根據結構特點的不同,一般將粗加工余量設置為3~5mm。

經過粗開毛坯和粗加工后,零件毛坯的殘余應力90%以上都得到了釋放和均布,并形成了以零件理論尺寸為基礎、均布3~5mm余量的“模坯”,在這種情況下,才能滿足精加工的要求,在小余量精加工的環境下才能保證零件的加工精度。

4精加工準備

粗加工結束后,對零件進行自然時效,然后進行真空裝夾。由于零件長度方向沿毛坯的纖維方向,在毛坯出去余料及粗加工過程中,切削方向也主要是沿纖維方向,所以在零件長度方向變形量稍大,為滿足精度要求需在精加工前進行判斷并調整精加工工藝。

如圖3所示,應用在線測量技術在機床工位上對零件兩端進行在線檢測,測量粗加工效果,為精加工做準備[1]。根據實際零件的伸長或縮短的變形量,預判最后零件的變形情況,再相應調整加工兩端的偏移量,以達到對零件最終零件伸長或縮短量的控制。實際加工過程中通過該方式將最大的伸長或縮短的變形0.5mm控制到0.2mm以內,達到了比較好的效果。

5精加工工藝

通過精加工將形成零件的最終尺寸,因此精加工過程是非常重要的。由于零件尺寸巨大,而且結構相對較復雜,所以在精加工過程中要對工藝進行科學的設置。如圖4所示,分別對某局部結構進行加工過程的等效分析,單向的加工容易造成零件應力“推積”而造成變形積聚。對加工的順序進行調整安排,采用往復加工的方式能夠很好地均化應力而減少變形,其效果是非常明顯的。因此制定精加工工藝時,采用“局部往復、總體無序”的加工方式,把零件分為幾個區域,區域內采用往復加工的方式,區域間采用對稱的順序,從而減少零件的變形。

另外,超大型壁板類零件長徑比很大,加工過程中容易造成零件側彎,導致真空泄漏,零件反彈,從而造成零件加工超差。所以控制零件的側彎也是非常重要的,為保證加工的穩定性,在加工過程中采用多個限位插銷定位零件的方式來防止側彎。

加工變形控制效果

以上結合工程實踐對超大型壁板的變形問題進行了分析,并提出了一套加工變形整體控制工藝方法。超大型壁板類零件加工變形整體控制工藝方法的思路是把變形控制貫穿于整個加工工藝中去,從工藝編程到現場加工控制,全過程地有針對性地調整工藝方法,通過應用在線測量等技術檢測加工結果,分析加工的變形量并反饋于加工工藝,從而形成加工閉環系統。

全過程加工變形控制的思路適用于尺寸大、結構復雜、加工周期長、造價昂貴的結構件的加工,對于此類零件而言,加工變形控制直接決定了加工結果。對于大飛機研制而言,超大型壁板類零件的加工精度有非常重要的意義,所以控制加工變形是非常重要的。這種控制加工變形的工藝方法也是具有重要意義的。

實踐生產表明,零件長度達到19m左右的超大型壁板類零件應用整體加工變形控制的工藝,變形問題得到了很好的解決,零件整體加工精度達到0.2mm左右,達到了大飛機研制的要求,這種加工變形控制方法也有很好的推廣應用價值。

結束語

本文研究了超大型壁板類零件加工變形的控制技術,從整體上考慮零件加工變形控制,從毛坯處理、粗加工到精加工采取合理措施控制零件變形,保證零件的加工精度。超大型壁板類零件加工變形控制技術全面考慮了零件加工變形控制的每一工序,這種加工變形的控制方法具有很好的推廣應用價值,在其他大型結構件加工中這種控制方法能保證零件的加工精度和性能。該技術的研究應用對我國大飛機的研制具有重要意義。

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