淺述大尺寸復(fù)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(fù)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(fù)雜外形零件，加工時(shí)間、工序長(zhǎng)，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(fù)雜外形零件方面著手，理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合實(shí)踐對(duì)數(shù)控加工問(wèn)題進(jìn)行分析，提出工藝解決方案，實(shí)現(xiàn)了符合現(xiàn)有加工技術(shù)的通用解決問(wèn)題途徑。

關(guān)鍵詞 工藝方案;加工變形;基準(zhǔn);薄壁

概述

20世紀(jì)40年代末數(shù)控機(jī)床問(wèn)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(lái)，隨著相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)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(jī)床進(jìn)給速度通常已高達(dá)5～10m，甚至更高。比起傳統(tǒng)數(shù)控設(shè)備的進(jìn)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(biāo)

需要完成了零件為飛機(jī)的氣密端框，它是飛機(jī)保證氣密的重要件，零件外形尺寸大（2727mm×1427mm×110mm），結(jié)構(gòu)復(fù)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(shí)間，工步長(zhǎng)，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(fù)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(shí)效引起的蠕動(dòng)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(lái)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(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的彈性極限，則產(chǎn)生的變形在外力去除后，不能自動(dòng)恢復(fù)，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(gè)變形的70%到80%，這種是難以控制和掌握的。如何通過(guò)有效機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)將其控制在允許的范圍之內(nèi)，是工藝過(guò)程設(shè)計(jì)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?，F(xiàn)根據(jù)企業(yè)實(shí)際采用五坐標(biāo)數(shù)控銑床加工，而且此零件精度要求非常高，剛性差，對(duì)夾具的剛性、尺寸要求保證多，要求嚴(yán)格。這就給設(shè)計(jì)夾具時(shí)增加了一定困難。經(jīng)過(guò)認(rèn)真的比較分析，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，找到經(jīng)濟(jì)、合理的設(shè)計(jì)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(yán)格，零件的構(gòu)型復(fù)雜、壁薄、剛度低，鑒于這種情況，詳細(xì)的設(shè)計(jì)工藝過(guò)程是必需的。規(guī)劃零件的機(jī)械加工過(guò)程，零件制造可以采用不同的工藝過(guò)程。但是正確、合理的過(guò)程，應(yīng)滿足以下要求：

（1）保證產(chǎn)品的質(zhì)量符合設(shè)計(jì)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(jì)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(hào)選用國(guó)產(chǎn)7050-T7452鋁合金。7050-T7452是一種高強(qiáng)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(qiáng)度的性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)身大型結(jié)構(gòu)受力件。7050是該材料的合金牌號(hào)，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(qiáng)。T7452是其熱處理后狀態(tài)。T7452狀態(tài)表示在出廠已進(jìn)行完全淬火，人工時(shí)效并進(jìn)行超聲波、電導(dǎo)率等檢測(cè)工步，無(wú)須粗加工后熱處理、入廠進(jìn)行復(fù)檢，即可進(jìn)行加工零件使用。

表面粗糙度對(duì)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(biāo)數(shù)控銑床加工無(wú)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?cè)诒砻娈a(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使用小切深、大進(jìn)給的五坐標(biāo)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(guò)規(guī)定特性值要求會(huì)直接影響產(chǎn)品安全性或產(chǎn)品整機(jī)功能喪失的質(zhì)量特性。該零件有重要特性要求即：零件進(jìn)行100%滲透檢查。

該零件在規(guī)劃時(shí)，結(jié)合實(shí)際，應(yīng)合理選擇加工設(shè)備，并充分應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)?？梢宰龅郊缺ＷC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(diǎn)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(jì)性及后續(xù)加工的經(jīng)濟(jì)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(jià)格越高。進(jìn)口預(yù)拉伸板規(guī)格為3600mm×1200mm，沒(méi)有包絡(luò)我們要加工的零件，須進(jìn)行定制，成本急劇上升且周期漫長(zhǎng)。綜合考慮，決定采用國(guó)產(chǎn)7050-T7452自由鍛。

無(wú)規(guī)矩不成方圓，機(jī)械加工的基準(zhǔn)非常重要。在圖紙里，用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)尺寸來(lái)闡述位置要求，在加工時(shí)，定義原始基準(zhǔn)及原始尺寸以保證位置要求。機(jī)械加工，各參數(shù)位的位置通過(guò)測(cè)量與原始基準(zhǔn)的值來(lái)檢驗(yàn)。所以，基準(zhǔn)選擇主要是為了保證加工過(guò)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(diǎn)。加工變形因素十分復(fù)雜，解決途徑不多，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行處理，材料易早期失效而造成經(jīng)濟(jì)損失。為了減少變形和避免潛在風(fēng)險(xiǎn)，盡可能采用各種技術(shù)條件來(lái)控制變形，如留加工余量來(lái)降低材料應(yīng)力變形、自然時(shí)效、機(jī)械拉伸法、振動(dòng)時(shí)效等。將工藝過(guò)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(yǔ)

本論文就是從零件機(jī)械加工實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，通過(guò)對(duì)零件本身特點(diǎn)的分析，找出加工問(wèn)題的難點(diǎn)，結(jié)合公司現(xiàn)有技術(shù)水平，闡述對(duì)其加工方案的整個(gè)過(guò)程。零件加工闡述的完整翔實(shí)、準(zhǔn)確，使其加工合理、優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，準(zhǔn)確。

參考文獻(xiàn)

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