閆琦

【摘 要】 鋁合金整體構(gòu)件都具有其壁薄、體積大、剛度差和易變性的特點(diǎn)，這就導(dǎo)致了其在加工時(shí)加工周期長、切削加工余量大和加工精度難控制的缺點(diǎn)。而目前大型商用客機(jī)由于性能要求的提高，對于飛機(jī)的整體腹板、整體梁和長緣條等部分的制造加工要求也越來越高。這就要求擁有更細(xì)致和更可靠的控制鋁合金加工變形技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】 航空鋁合金 結(jié)構(gòu)件 數(shù)控加工變形 控制

鋁合金的耐蝕性好、密度較小、有較好的成形性、而且其資源豐富、數(shù)據(jù)充分、成本不高，性能也在逐年不斷地提高。航空整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的問題涉及到了材料成型加工、力學(xué)、機(jī)械制造以及切削加工等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。對飛機(jī)零件進(jìn)行薄壁化設(shè)計(jì)可以有效地控制飛機(jī)的重量，結(jié)構(gòu)的整體化可以大大的影響生產(chǎn)效率和制造的成本，還可以減少零件的數(shù)量以及連接裝配的工作量，因此我們應(yīng)該重視切削加工工藝的提高，不斷地創(chuàng)新和優(yōu)化其加工工藝，進(jìn)一步控制大型整體結(jié)構(gòu)件加工過程中的變形。

一、航空鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，一些現(xiàn)代大型的商用客機(jī)對于性能的要求也在不斷地提高，普遍的采用了直接掏空那些整塊的大型的毛坯，然后加工成復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)，如一些減輕孔、筋條、槽腔等，此種方法多運(yùn)用于大部分骨架零件尤其是主承力結(jié)構(gòu)件上。但是由于結(jié)構(gòu)件加工的整個(gè)過程周期比較長，加工的精度和質(zhì)量都很難控制，切削加工時(shí)易受到一些因素的影響從而產(chǎn)生變形，因此當(dāng)前航空制造業(yè)所面臨的一個(gè)重要難題就是實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和高可靠性的切削加工。航空制造業(yè)對于零件的質(zhì)量和精度要求都非常高，它對于形位的誤差以及加工的精度甚至比汽車制造業(yè)要高出許多，雖然航空所用的鋁合金材料具有較好的切削性，但對于航空鋁合金的高效切削加工研究也是目前面臨的一個(gè)焦點(diǎn)問題，解決大型航空整體結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵技術(shù)是高效加工的工藝，也就是切削工藝優(yōu)化與高速加工技術(shù)的有效結(jié)合。所謂的高效加工技術(shù)即為了保證加工的精度以及便面的質(zhì)量從而在加工過程中運(yùn)用短而有效的單件加工時(shí)間和高材料去除率，而其中高效的切削技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效加工工藝的關(guān)鍵技術(shù)。

二、影響航空鋁合金結(jié)構(gòu)件加工變形的主要因素

就目前情況來看，在整體的加工過程中存在了很多的問題，它在選擇加工參數(shù)的時(shí)候比較保守，從而出現(xiàn)一些不合理的狀況，而且在確定加工工藝的時(shí)候缺乏了一些相關(guān)理論研究的支撐，在確定加工工藝的時(shí)候是在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用了試切的方式，這種方法降低了結(jié)構(gòu)件加工的效率，使高速加工中心的性能不能得到充分的發(fā)揮。從鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過程中存在的問題深入研究分析，進(jìn)一步總結(jié)出了引起整體結(jié)構(gòu)件加工變形主要分為三個(gè)方面的因素。

1、加工參數(shù)的不合理

目前的航空構(gòu)件制造業(yè)在材料加工過程中，由于對于力學(xué)、機(jī)械制造和切削加工等多種不同科學(xué)領(lǐng)域的涉及，導(dǎo)致了加工理論研究難度的加大，很難進(jìn)行系統(tǒng)性的控制加工變形理論研究和切削加工時(shí)變形的理論分析。在這種情況下，航空構(gòu)件的加工只能采取試切的態(tài)度，對于加工參數(shù)的選擇就會十分保守。高速加工中心無法進(jìn)行最有效的加工，很容易引起切削顫振，切削顫振會直接導(dǎo)致構(gòu)件的薄壁部位變形。

（2）切削力的副作用

據(jù)物理學(xué)理論分析，在金屬材料的加工過程中，在切削力的作用下，零件的加工表面會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力會導(dǎo)致零件的變形。在通常情況下，航空大型構(gòu)件的材料加工是采用大懸伸刀具，強(qiáng)大的切削力度會導(dǎo)致產(chǎn)生更為突出的殘余應(yīng)力，這樣極容易出現(xiàn)航空鋁合金在加工中的變形現(xiàn)象。

（3）“讓刀”現(xiàn)象

“讓刀”在加工工藝中主要是指在一次加工行程結(jié)束后，工件或工具回到一開始的位置并相互離開一定距離。這里的“讓刀”現(xiàn)象指的是在航空構(gòu)件制造的材料加工中，由于鋁合金的屈強(qiáng)比大和彈性模量小，在加工切削時(shí)很有可能會產(chǎn)生回彈，從而對被加工的零件產(chǎn)生一定的形狀誤差。這種現(xiàn)象在大型薄壁構(gòu)件的切削中尤為明顯。航空構(gòu)件的大型薄壁位置本身就比較多，所以“讓刀”現(xiàn)象也成為了造成鋁合金材料變形的主要原因之一。

三、控制鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的措施

1、如何消除薄壁零件局部變形

想要控制薄壁零件在加工過程中的各種變形問題，其解決的主要途徑之一就是要處理好零件局部的剛度和切削力兩者之間的關(guān)系，也就是說利用零件剩余剛度和降低切削力是減輕、消除薄壁零件局部變形的一個(gè)主要的方式。

4.2如何消除零件外形的輪廓整體變形

整體結(jié)構(gòu)件的特點(diǎn)是零件在加工的過程當(dāng)中需要去除很多的材料，同時(shí)零件的截面形狀相對復(fù)雜很多，零件的原材料當(dāng)中的宏觀內(nèi)應(yīng)力會在材料不斷進(jìn)行加工的過程中逐步的釋放出去。通過對實(shí)際狀況的研究我們可以看到如果內(nèi)應(yīng)力的分布是不一樣的，那么零件產(chǎn)生變形的程度也會是不同的，同時(shí)變形的程度會同材料在切除的過程中如果力矩不平衡那么就會直接影響零件的變形。

要克服內(nèi)應(yīng)力所引起的整體變形，在整個(gè)航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工的過程中主要采用下面的幾種方法：首先，從原材料方面看我們要選用應(yīng)力分布相對均勻的原料；其次是可以根據(jù)原材料的不同來進(jìn)行毛坯內(nèi)應(yīng)力的預(yù)釋放，這里面包含有兩種方式我們可以根據(jù)實(shí)際的情況來選擇不同的釋放方法；最后一種方式是通過機(jī)械的方法來校正已經(jīng)發(fā)生的整體變形零件。

結(jié)束語

有效的控制和解決航空整體結(jié)構(gòu)件加工變形的問題成為了如今航空制造領(lǐng)域中最關(guān)鍵核心的技術(shù)問題，而通過一些高效的切削技術(shù)和對工藝參數(shù)的合理選擇以及有效的改進(jìn)裝夾系統(tǒng)等等，都能夠有效的控制結(jié)構(gòu)件的加工變形，也能夠使航空整體結(jié)構(gòu)件達(dá)到高效精密加工的效果。各大航空制造企業(yè)應(yīng)該總結(jié)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和不足，在引進(jìn)國外一些先進(jìn)高端技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，不斷地進(jìn)行自主研究創(chuàng)新，并借助當(dāng)前一些研究所和高校的技術(shù)、研究條件以及人才的優(yōu)勢，進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)航空整體結(jié)構(gòu)件的精密高效加工。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 蘭國瑋.航空鋁合金切削工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D].廈門大學(xué)，2014.