淺述大尺寸復雜零件的數(shù)控加工工藝方案

劉毅

摘 要 零件外形尺寸為（2750mm×1330mm×122mm），結(jié)構(gòu)復雜，零件壁厚尺寸變化6.7mm到1.7mm，零件結(jié)構(gòu)剛度較差，屬于大尺寸復雜外形零件，加工時間、工序長，協(xié)調(diào)尺寸多，特別是零件加工中的變形難以控制。本文從大尺寸復雜外形零件方面著手，理論聯(lián)系實際，結(jié)合實踐對數(shù)控加工問題進行分析，提出工藝解決方案，實現(xiàn)了符合現(xiàn)有加工技術(shù)的通用解決問題途徑。

關(guān)鍵詞 工藝方案;加工變形;基準;薄壁

概述

20世紀40年代末數(shù)控機床問世后，零件加工技術(shù)便發(fā)生著日新月異的變化，生產(chǎn)效率在數(shù)控加工的普及后大幅度提高[1-2]。近年來，隨著相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機床也向著設(shè)備精密化，加工高速化方向發(fā)展。現(xiàn)在高速加工數(shù)控機床進給速度通常已高達5～10m，甚至更高。比起傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備的進給速度要高出3～5倍甚至更高。數(shù)控加工不僅使得生產(chǎn)效率的提高，而且使得加工質(zhì)量的整體提高，大大減輕了后序工步的工作壓力，大幅度降低了生產(chǎn)成本。

1任務(wù)目標

需要完成了零件為飛機的氣密端框，它是飛機保證氣密的重要件，零件外形尺寸大（2727mm×1427mm×110mm），結(jié)構(gòu)復雜，零件壁厚尺寸變化6.5mm到1.8mm，其結(jié)構(gòu)剛度較差。屬于現(xiàn)階段大型薄壁類零件，加工時間，工步長，協(xié)調(diào)尺寸多，特別是零件加工中的變形難以控制。此類航空零件加工變形因素十分復雜，其中包括毛坯殘余應(yīng)力重新分布變形，切削溫度引起的變形，時效引起的蠕動變形，切削力引起的變形，裝夾引起的變形。盡管如此，歸納起來主要有兩大類，工件材料中殘余應(yīng)力引起的塑性變形，外力引起的彈性和塑性變形。材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變及變形，當應(yīng)力超過材料的彈性極限，則產(chǎn)生的變形在外力去除后，不能自動恢復，這種變形是不可逆的塑性變形。在固有外力和外力矩作用，物體依然存在自身保持平衡的應(yīng)力，這種應(yīng)力為內(nèi)應(yīng)力，這是加工變形的主要因素，是占整個變形的70%到80%，這種是難以控制和掌握的。如何通過有效機械加工工藝過程設(shè)計將其控制在允許的范圍之內(nèi)，是工藝過程設(shè)計的關(guān)鍵。

氣密端框類零件帶有理論外形面，理論外形傾斜角度大，如采用常規(guī)加工方法，鉗工打磨工作量巨大。現(xiàn)根據(jù)企業(yè)實際采用五坐標數(shù)控銑床加工，而且此零件精度要求非常高，剛性差，對夾具的剛性、尺寸要求保證多，要求嚴格。這就給設(shè)計夾具時增加了一定困難。經(jīng)過認真的比較分析，結(jié)合企業(yè)的實際情況，找到經(jīng)濟、合理的設(shè)計方案。

2工藝方案

航空領(lǐng)域零件的制造質(zhì)量要求非常高，且技術(shù)要求、特種技術(shù)條件等要求嚴格，零件的構(gòu)型復雜、壁薄、剛度低，鑒于這種情況，詳細的設(shè)計工藝過程是必需的。規(guī)劃零件的機械加工過程，零件制造可以采用不同的工藝過程。但是正確、合理的過程，應(yīng)滿足以下要求：

（1）保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合設(shè)計圖樣和技術(shù)文件要求;

（2）滿足企業(yè)的生產(chǎn)效率要求;

（3）經(jīng)濟性要求。

結(jié)合裝配位置、使用要求及受力情況，加工的材料牌號選用國產(chǎn)7050-T7452鋁合金。7050-T7452是一種高強度可熱處理合金，具有抗剝落腐蝕、抗應(yīng)力腐蝕斷裂及極高的抗拉強度的性能，被廣泛應(yīng)用于機身大型結(jié)構(gòu)受力件。7050是該材料的合金牌號，所用合金元素要求有抗剝落腐蝕性、韌性、開裂能力、斷裂、抗拉力腐蝕、和抗疲勞性能都強。T7452是其熱處理后狀態(tài)。T7452狀態(tài)表示在出廠已進行完全淬火，人工時效并進行超聲波、電導率等檢測工步，無須粗加工后熱處理、入廠進行復檢，即可進行加工零件使用。

表面粗糙度對零件的使用性能有很大的影響。零件所有表面均為加工表面，其表面粗糙度要求為Ra3.2。表面粗糙度主要由刀具形狀及在加工中的塑性變形等因素引起。目前，使用三坐標數(shù)控銑床加工無法滿足要求。為了提高表面層性能，減少由于塑性變形和相變在表面產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使用小切深、大進給的五坐標高速數(shù)數(shù)控銑床，提高表面粗糙度。

根據(jù)GJB190定義，關(guān)鍵/重要特性是指若超過規(guī)定特性值要求會直接影響產(chǎn)品安全性或產(chǎn)品整機功能喪失的質(zhì)量特性。該零件有重要特性要求即：零件進行100%滲透檢查。

該零件在規(guī)劃時，結(jié)合實際，應(yīng)合理選擇加工設(shè)備，并充分應(yīng)用先進技術(shù)。可以做到既保證精度和表面粗糙度，又能提高質(zhì)量。

毛坯的選擇非常重要，綜合零件的技術(shù)要求、使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)特點及材料等方面的情況，合理地確定毛坯種類、形狀和尺寸，存在材料的經(jīng)濟性及后續(xù)加工的經(jīng)濟性選擇，要精心布局。既考慮熱加工因素，也兼顧冷加工因素，以便成本。

我們常用的毛坯包括：壓制件、鑄件、焊接件、鍛件、沖壓件、型材及板材。如何選擇需要以下權(quán)衡：零件的材料;生產(chǎn)類型;形狀和尺寸;生產(chǎn)條件。

端框原材料利用率低，一般而言板材厚度越大，其價格越高。進口預(yù)拉伸板規(guī)格為3600mm×1200mm，沒有包絡(luò)我們要加工的零件，須進行定制，成本急劇上升且周期漫長。綜合考慮，決定采用國產(chǎn)7050-T7452自由鍛。

無規(guī)矩不成方圓，機械加工的基準非常重要。在圖紙里，用設(shè)計基準與設(shè)計尺寸來闡述位置要求，在加工時，定義原始基準及原始尺寸以保證位置要求。機械加工，各參數(shù)位的位置通過測量與原始基準的值來檢驗。所以，基準選擇主要是為了保證加工過程中的表面位置精度要求。

零件壁薄，外形精度要求高，且加工余量大，控制變形是首要考慮的關(guān)鍵點。加工變形因素十分復雜，解決途徑不多，依據(jù)經(jīng)驗進行處理，材料易早期失效而造成經(jīng)濟損失。為了減少變形和避免潛在風險，盡可能采用各種技術(shù)條件來控制變形，如留加工余量來降低材料應(yīng)力變形、自然時效、機械拉伸法、振動時效等。將工藝過程定義為四步，粗加工，第一次半精加工，第二次半精加工，精加工。

3結(jié)束語

本論文就是從零件機械加工實際問題出發(fā)，通過對零件本身特點的分析，找出加工問題的難點，結(jié)合公司現(xiàn)有技術(shù)水平，闡述對其加工方案的整個過程。零件加工闡述的完整翔實、準確，使其加工合理、優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，準確。

參考文獻

[1] 顧京.數(shù)控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2003：213.

[2] 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2006：19.