機械加工工藝對飛機工裝零部件精度及壽命的影響

王海燕

吉林化工學院，吉林 吉林 132022

飛機裝配多數由飛機制造廠商自行完成，目前由于數字化設計和計算機遠程輔助設計的發展，飛機工裝夾具設計已不再是裝配進度的掣肘部分，而飛機工裝零部件的制造卻因為飛機的多品種、小批量和不斷提高的精度導致加工速度遲緩，因此有必要改進飛機工裝零部件的機械加工工藝。不同的零件對加工工藝有不同的需求，同一個加工工藝面對不同類型零件的加工可能產生不同的影響。為了進一步提升零件的精準性，必須選擇合適的加工工藝，特殊情況下要對特殊零件設計個性化加工工藝。機械加工是一個綜合工程，加工工藝只是其中的一個環節，眾多因素都能影響工藝的選擇，從而制約零件加工精細度的提升。為了生產出符合市場需求的個性化零件，機械加工企業必須優化流程，提升零件加工的精細化程度。

1 機械加工工藝現狀

機械加工工藝是一切產品生產的前提。操作者將原材料按照規定的加工方法和規定的加工路線進行加工，這就是機械加工工藝。加工工藝直接關系到產品的精度與質量[1]，因此，在產品加工前，必須嚴格制定出合理的加工工藝。

我國的機械加工工藝存在的主要問題在于研發資金不足、技術水平落后合管理執行不到位等。目前國內高科技的加工技術大多由國外引進，而不是自主研發，從某種程度上而言，存在著限制性和不穩定性。除此之外，在加工工藝執行的過程中，操作者和加工設備也十分關鍵，需對操作者進行相關培訓，并且定期對加工設備進行檢查與保養，解決這些外界因素才能保證零件的加工精度與質量[2]。

2 機械加工工藝對零部件壽命及精度的影響

產品的加工過程，首先通過圖紙來表達產品的結構和尺寸，其次運用機械加工的方法來改變毛坯的形狀、尺寸等來做成合格零件。每個產品完成加工的工藝路線很多，通常會選擇最節約成本和符合制造商實際生產條件的工藝路線來加工，盡管能滿足圖紙要求。但是不同路線所加工出來的零件所受到的切削力和內部應力是完全不同的,因此需要對加工工藝影響零件壽命的因素進行分析和研判，制訂合理的加工方案，這樣才能使產品的精度和壽命得到顯著提升。

2.1 影響零部件壽命及精度的受力變形因素

在進行零件結構加工時，根據加工方式的不同，工件的重力和切削力等多種力會產生強大的外力，機械系統因為內部持續工作，非常容易疲勞斷裂。例如，在工裝中常用的變徑連接件，既承受外部連接力，同時在內部也存在壓力，在應力和各種力量下變徑處總是產生疲勞斷裂。在其表面完整加工時，加工方法和刀具的形狀不同直接影響其表面質量，導致連接處泄漏。

2.2 影響零部件壽命及精度的受力變形分析

文章以飛機工裝中的典型部件——連接件為例加以說明。為保證變徑連接件的正常使用，可以借助有限元軟件對其進行工作應力下和水壓應力下的應力分析，得出在連接件的圓角過渡區存在的高壓力。

根據《鋼制壓力容器——應力分析法設計標準》（JB 4732－1995）的評定標準，在高壓力區選擇了4條評定線，如圖1所示，并分別對薄膜應力（PL）及彎曲應力（Q）進行強度評定，評定結果如表1、表2所示。

表2 連接件在水壓應力下的強度評定值

圖1 應力強度評定線

表1 連接件在工作應力下的強度評定值

通過ANSYS有限元分析評定結果得知，變徑連接件的各應力強度在規范規定的范圍之內，由此判定變徑連接件在工作情況下是安全的。

3 優化加工工藝提升精度和壽命的方法

由于我國的航空產業起步較晚，相較于發達國家，飛機工裝設計水平還有待提高。隨著飛機數字化設計技術的應用，飛機工裝零部件的標準化也需要不斷推進下去。當飛機工裝零部件形成了標準化并配備資源庫后，不但可以提升加工速度，在標準化的工藝流程上也將使工裝零部件的精度和壽命得以提升[3]。

3.1 原料選擇

飛機附件對精度和溫度都有特殊要求的部位，所制造的工裝夾具同樣也要具有相同的性能，來確保在規定溫度和濕度的環境下保證定位和安裝的精度。因此，選擇工裝材料時，通常是在保證工裝夾具的性能和精度的前提下，兼顧考慮工裝夾具的使用壽命，并且所選擇材料應是制造商材料儲備中所具備的材料[4]。這就需要對各項指標統一作出合理的分析，從眾多的材料中找到性能、質量、壽命和成本最優的方案來執行，實現效益的最大化。

3.2 加工工藝路線制訂

工藝路線的制訂需要以目前企業所具備的零部件加工能力為前提，制訂出多條加工路線，在機械加工中能一次完成所有工序或者是完成部分工序，要將諸多工序盡最大能力集中在一起，如果不能則要盡量減少多次裝夾定位，避免造成定位誤差[5-6]。同時優化加工工藝路線，確保工藝路線不要過長，盡量保證集中性。在此基礎上，通過實驗或者數字模擬軟件來分析各條路線中哪一個工藝路線能提高工裝零部件壽命。加工出的零件在確保精度的前提下，其成本也控制在合理的范圍內。

3.3 加工設備優化

在現代化設備工藝生產加工條件下，零部件制造機械設備的質量至關重要，直接決定著零件的加工質量，除定期要對現有加工設備進行硬件維護保養，確保加工設備剛性，還要及時更換精度不足的硬件保證其加工精度，同時要定期對設備的軟件進行更新，優化機床操作和程序，確保始終能保持最短的加工工藝、最佳的加工方案，既能保證質量，又能保證進度。

3.4 加工刀具

在進行零部件加工時，最直接影響零部件表面質量的是加工所使用的刀具，特別是對于有氣密性要求的連接件，失效原因大多數為連接不緊密，出現漏氣、漏液現象。這種現象的出現其實是零部件表面質量和材料內部受力所造成的，這其中刀具的大小、長短，刀刃形狀、角度和刀具的材質的選擇直接影響著表面質量，因此在加工中要保持加工環境中的實際參數與理論參數相符，應定時對刀具的磨損情況進行監測，確保加工刀具的參數正確。

3.5 質量控制

工裝零部件的檢測通常由專職檢測與操作檢測同時進行，只有提高兩者的質量意識，才能精益求精，避免零部件的壽命縮短。同時，工裝零部件中的檢測控制點不要設置過多，突出控制重點，合理安排檢測節點，避免重復檢測。此外，可以成立由操作者和檢驗員組成的質量團隊，在自檢、互檢、專職檢基礎上，建立問題反饋機制，通過問題來尋找加工中的存在的漏洞，從而優化零部件質量，提升零部件壽命。

4 結束語

為了實現飛機工裝的精準性，保證工裝使用壽命，確保產品質量，需要對機械加工工藝進行優化或改進，并建立標準的工藝路線體系，同時在后續的工作中不斷總結經驗教訓。隨著機械加工技術的提升，還要通過引進新技術、新方法、新設備，定時更新加工工藝方案，從而達到最佳的加工效果。