基于TRIZ的飛機大型結構件加工適應性裝夾設計

劉 適，馬 飛，褚福舜

（航空工業成都飛機工業（集團）有限責任公司，成都 610091）

1 飛機大型結構件加工變形要因及機理

飛機大型結構件的毛坯材料以預拉伸板料或鍛件為主，多采用數控加工去除多余金屬材料得到最終零件。毛坯狀態不佳、零件結構剛性差，切削力過大、切削熱及切削振動等均容易導致零件變形[2]。大量研究表明，引起工件變形的原因可以分解為彈性變形、塑性變形、熱變形和殘余應力變形[3]。文獻[4-5]對導致產生加工變形的諸多因素進行了分析，發現其中殘余應力的釋放與重分布對薄壁構件的影響較大，是導致零件變形的主要影響因素，其機理在于零件毛坯在制造時受內外部冷卻速度不同的影響，外層冷卻快而內層慢，故毛坯外層表現為拉應力狀態，內層為壓應力狀態。只有拉壓應力處于平衡狀態毛坯才能夠穩定，故自平衡是殘余應力的重要特性[6]，但是自平衡不代表應力在毛坯內部是均勻分布的。當加工零件時，毛坯形狀發生變化，殘余應力的自平衡被打破，為了形成新的自平衡，殘余應力會重新分布，在宏觀上就表現為零件的變形。殘余應力的重新分布變化越大，零件的變形就會越大。

在實際加工中（圖1），零件被夾具夾持固定，隨著加工中材料被逐漸去除，殘余應力失衡，并呈現逐步釋放的趨勢。而由于零件受到夾緊力的限制，應力釋放受到約束，故此時零件的變形表現得并不明顯。一旦加工完后將夾具拆除，零件不再受到夾緊力的外力約束時，應力將完全釋放，零件就會產生顯著的變形。……