大型復(fù)雜框類零件加工變形原因分析及應(yīng)用

樊娜娜，任萬松，萬國俊

（成都飛機工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，四川成都 610092）

0 引言

隨著現(xiàn)代航空制造業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的大型復(fù)雜框類零件被運用在生產(chǎn)中，但大型復(fù)雜框類零件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，其加工變形一直是最突出的難題。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，框類零件在機加后存在著不同程度的變形，且無規(guī)律，嚴(yán)重影響零件質(zhì)量。本文分析大型復(fù)雜框類零件變形產(chǎn)生的主要原因，運用六西格瑪管理，通過規(guī)范化操作逐步消除加工變形，達(dá)到質(zhì)量穩(wěn)定的目的。

1 零件變形的原因分析

零件變形是內(nèi)外力相互作用的結(jié)果，引起變形的主要原因有以下4 種。

（1）裝夾變形。零件在夾緊時，夾緊力的先后順序及零件的受力面積使零件產(chǎn)生變形。

（2）殘余應(yīng)力釋放。在加工中，零件毛坯內(nèi)部帶有殘余應(yīng)力，隨著加工不斷進(jìn)行，殘余應(yīng)力得到釋放并重新分布，且加工過程自身也產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力互相綜合，達(dá)到新平衡，對零件尺寸穩(wěn)定起破壞作用，發(fā)生變形。

（4）熱處理變形。零件經(jīng)熱處理后，內(nèi)應(yīng)力發(fā)生改變，導(dǎo)致零件變形。

2 零件變形的關(guān)鍵原因

引起零件變形的原因較多，其中，內(nèi)應(yīng)力引起零件變形無法避免。因此，要減小零件變形，需從加工中產(chǎn)生的外力出發(fā)，分析影響零件變形的各種原因并確認(rèn)關(guān)鍵原因。通過分析，找出影響零件變形的關(guān)鍵原因，如圖1 所示?？梢?，影響零件變形的關(guān)鍵原因是工藝方案和裝夾方案。

圖1 零件變形魚骨圖

3 減小零件變形的改進(jìn)措施

根據(jù)影響零件變形的關(guān)鍵原因，采取有效措施。

3.1 通過工藝方案減小零件變形

通過對刀具、加工路徑和切削方式等3 個方面的分析，優(yōu)化工藝方案，減小零件變形。

3.1.1 刀具

零件在加工中，會產(chǎn)生讓刀，精加工時選取較大主偏角和前角的鋒利刀具，減小切力，以減少零件上的殘余應(yīng)力。在加工系統(tǒng)中，細(xì)長刀具在切削力作用下會產(chǎn)生變形，使得零件切屑量發(fā)生變化，這個變化又反饋到切削系統(tǒng)，使切削力受到影響，因此，應(yīng)避免選用細(xì)長刀具。

3.1.2 加工路徑

加工路徑的不同使零件原有殘余應(yīng)力釋放的順序不同，造成變形。在編制工藝方案時要選擇合理路徑，單面框采用錯位銑削的走刀方式；雙面框的雙面選擇相同加工路徑，以便于加工變形相互抵消。

3.1.3 切削方式

教師在上課之前應(yīng)該備自己的學(xué)生，明確課堂的主體是學(xué)生，課堂有效性應(yīng)體現(xiàn)于學(xué)生。一堂課學(xué)生要有所發(fā)展，首先要明白學(xué)生的起點在何處，有哪些已有的知識，有哪些已會的技能。學(xué)生的知識基礎(chǔ)是有差異的，當(dāng)全面了解學(xué)情后，我們應(yīng)精心設(shè)計合理的教學(xué)環(huán)節(jié)，組織活動，有針對性的讓學(xué)生選擇自主學(xué)習(xí)、接受式學(xué)習(xí)、合作及探究學(xué)習(xí)等豐富的學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生能夠態(tài)度積極、興趣濃厚、精力集中的有序高效的完成學(xué)習(xí)目標(biāo)。并充分肯定學(xué)生的觀點，尊重學(xué)生，充分的保證學(xué)生的發(fā)言權(quán)，不譏諷學(xué)生。別林斯基說過，“你的教鞭下有瓦特，你的冷眼里有牛頓，你的譏笑中有愛迪生”。并以此來告誡別人，也嚴(yán)格要求自己，以寬厚仁愛去包容、尊重、熱愛學(xué)生。

高速切削方式使零件在短時間內(nèi)被切除，大部分熱量被帶走，減小變形。在加工筋緣條時選擇“大切寬，小切深”，通過增加切寬、減小切深來減小筋緣條受到的刀具徑向力；加工腹板時選擇“小切寬，大切深”，通過減小切寬、增加切深來減小腹板受到的刀具軸向力；以此來減小變形。

3.2 通過裝夾方案減小零件變形

零件加工中，確定工藝方案后，進(jìn)一步分析裝夾方案對變形的影響。

3.2.1 夾緊力的確定

零件加工前，先使用夾具夾緊并在加工中保持位置不變，因此需選擇合理的夾緊力大小、方向和作用點。

（1）夾緊力大小的確定。對于框類零件，零件毛坯與工裝夾具間采用螺栓連接，擰緊螺栓與螺母后，壓緊塊對零件施加的力就是實際夾緊力F。

對于框類零件，先確定零件的定位點再確定夾緊點，保證定位點與夾緊點呈中心對稱分布。

3.2.2 夾緊順序的確定

確定夾緊力三要素后，作用點的夾緊順序?qū)ψ冃稳源嬖谳^大影響。因此，通過對以下3 類常見的裝夾方案進(jìn)行驗證比對，選取最佳方案，將變形降到最小。

（1）第一類裝夾方案對零件變形的影響。如圖2 所示，操作員裝夾零件時以I、兩處定位孔找正零件，然后夾緊1#、2#兩處定位凸臺，防止后續(xù)裝夾過程中零件產(chǎn)生位移。再按圖2 中標(biāo)注的順序依次夾緊。但以此方式裝夾加工完零件后，應(yīng)力并沒有得到有效釋放，反而使應(yīng)力集中。根據(jù)零件變形量和現(xiàn)場實際測量，得到數(shù)據(jù)（表1）。

（2）第二類裝夾方案對零件變形的影響。如圖3 所示，操作員裝夾零件時以I、兩處定位孔找正零件，然后夾緊1#、2#兩處定位凸臺，防止后續(xù)裝夾過程中零件產(chǎn)生位移。再按圖3中標(biāo)注的順序依次夾緊。以此方式裝夾加工完零件后，變形依然沒有得到有效控制。根據(jù)零件變形量和現(xiàn)場實際測量，得到數(shù)據(jù)（表2）。

（3）第三類裝夾方案對零件變形的影響。如圖4 所示，操作員裝夾零件時以I、兩處定位孔找正零件，然后夾緊1#4#等4處定位凸臺，夾緊的同時保證直線度5 mm，此時零件完全固定，不再發(fā)生位移。最后按圖4 標(biāo)注順序依次夾緊。用此方式裝夾零件后，應(yīng)力從中間部位向兩邊擴散，得到有效釋放。根據(jù)零件變形量和現(xiàn)場實際測量，得到數(shù)據(jù)（表3）。

圖2 第一類裝夾方案

表1 零件變形量和現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)1

圖3 第二類裝夾方案

表2 零件變形量和現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)2

通過對比上述3 類方案，采用第一類和第二類方案裝夾零件，由于零件加工中應(yīng)力沒有釋放，導(dǎo)致零件解除約束后發(fā)生較大變形；采用第三類方案裝夾零件，加工過程中零件應(yīng)力充分釋放，加工完后變形最小。零件批量生產(chǎn)中，需要對裝夾方式進(jìn)行規(guī)范化，形成標(biāo)準(zhǔn)化操作流程，從而提升質(zhì)量穩(wěn)定性。

圖4 第三類裝夾方案

表3 零件變形量和現(xiàn)場實際測量數(shù)據(jù)3

4 應(yīng)用

4.1 裝夾方式規(guī)范化

通過驗證，裝夾方式規(guī)范化能最大限度減小零件變形。通過采取規(guī)范化的裝夾方案，某框零件成品變形量明顯改善，將裝夾方案推廣至同類框加工過程中。生產(chǎn)中，已建立大型復(fù)雜框類零件作業(yè)指導(dǎo)書（表4），用于指導(dǎo)加工。

表4 大型復(fù)雜框類零件作業(yè)指導(dǎo)書

4.2 實施效果

通過裝夾方式規(guī)范化，對某框零件成品變形量進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，變形量趨于穩(wěn)定狀態(tài)。