◎楊雄飛

（作者單位：陸裝駐哈爾濱地區(qū)航空軍事代表室）

在航空薄壁結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工過程中，多重因素的存在都會對其加工質(zhì)量產(chǎn)生影響，通過對加工變形的有效控制，可收集準(zhǔn)確的信息，明確具體的影響因素，進(jìn)而可顯著提升航薄壁結(jié)構(gòu)件的設(shè)計能力，使之加工精度得以進(jìn)一步提升。為此，本文從航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的原因分析入手，提出了加工變形的控制思路，并對控制航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的有效控制策略展開了探討，希望本文的研究可為航空薄壁結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量的提升提供幫助。

在航空薄壁結(jié)構(gòu)件加工前，應(yīng)利用計算機(jī)技術(shù)、運用工程分析法對加工件的變形情況進(jìn)行分析，以便于加工過程中對影響因素進(jìn)行有效消除，避免出現(xiàn)加工件變形問題。因此，航空部門應(yīng)制定科學(xué)合理的變形控制措策，不斷進(jìn)行結(jié)構(gòu)件加工質(zhì)量的優(yōu)化，進(jìn)而使飛機(jī)的整體性能得到提升。

一、航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工中出現(xiàn)變形問題的具體原因

航空薄壁結(jié)構(gòu)件加工中的變形問題主要有兩種，一是結(jié)構(gòu)件局部變形，二是外形整體變形。

1.結(jié)構(gòu)件局部變形。

在結(jié)構(gòu)件加工及切削過程中多會出現(xiàn)此問題，變形之后結(jié)構(gòu)件會出現(xiàn)局部彎曲或讓刀現(xiàn)象，刀具及加工件的接觸處是變形的主要區(qū)域。航空薄壁結(jié)構(gòu)件不具有較強(qiáng)的剛性特點是引發(fā)其出現(xiàn)局部變形的直接原因，同時，如果結(jié)構(gòu)件的局部尺寸不一致，加工后所呈現(xiàn)的外形也各不相同。

2.外形整體變形。

此變形問題主要表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)件彎曲或扭曲現(xiàn)象。對材料進(jìn)行切割之后，材料內(nèi)部的應(yīng)力及加工溫度均會發(fā)生改變，此時如果放置環(huán)境有所改變將會使結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)外形整體變形現(xiàn)象。同時，熱脹冷縮問題也會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)外形整體變形。在對加工溫度要求較高的情況下，如加工車間、零件運輸以及車間后期的溫度存在較大差異，將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件因熱脹冷縮而出現(xiàn)變形。因此，應(yīng)采用有效的措施加強(qiáng)對各環(huán)節(jié)的溫度控制，才可有效避免航空薄壁結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)變形問題。

二、航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形控制思路

針對航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形問題，可以在有限元分析技術(shù)的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行探究，即以商業(yè)軟件ANSYS為基礎(chǔ)，全面評估變形、應(yīng)力之間的關(guān)系。另外，還應(yīng)該分析結(jié)構(gòu)線性、非線性行為以及瞬間動力學(xué)，充分掌握結(jié)構(gòu)與荷載之間的聯(lián)系。在建設(shè)結(jié)構(gòu)件模型時，應(yīng)該重點強(qiáng)調(diào)細(xì)節(jié)部分，剩余部分可在實際結(jié)構(gòu)件的基礎(chǔ)上完成建模。實際上，模型一直處于最好的狀態(tài)，只有在這種情況下才能保證結(jié)構(gòu)件的安全性。對于弧形件而言，其剛度和平面剛度比較差，在加工過程中如果受到切削力和夾緊力，就會發(fā)生變形。從材料力學(xué)的變形理論進(jìn)行分析，材料在受到外力作用時會產(chǎn)生變形，而應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度時，就會出現(xiàn)塑性變形。對于環(huán)形件而言，其徑向變形一般為橢圓，需要對以下內(nèi)容進(jìn)行分析：一是內(nèi)應(yīng)力，需要在結(jié)構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力情況的基礎(chǔ)上分析加工變形規(guī)律；二是切削力，在數(shù)控加工過程及切削參數(shù)選擇下分析零件所受切削力；三是裝夾限制，在所選擇的裝夾位置下分析零件夾緊力。

三、航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形的有效控制策略

1.加工環(huán)節(jié)的變形控制措施。

（1）合理調(diào)控數(shù)控加工切削參數(shù)。切削參數(shù)會對數(shù)控加工零件的精度產(chǎn)生影響，如設(shè)置的切削參數(shù)缺乏合理性，會加劇刀具的磨損程度，在切削力增加的情況下，結(jié)構(gòu)件表面的殘余應(yīng)力會進(jìn)一步提升，會影響結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量，也會提高加工成本。因此，合理進(jìn)行數(shù)控加工切削參數(shù)的設(shè)置與調(diào)控極為關(guān)鍵。切削參數(shù)優(yōu)化方法較多，應(yīng)用效果最為理想的是基于生物進(jìn)化理論的基因算法，此優(yōu)化方法可實現(xiàn)多種參數(shù)的應(yīng)用，從而完成全局探索及優(yōu)化。

（2）制定科學(xué)的結(jié)構(gòu)件裝夾方案。結(jié)構(gòu)件變形控制中最關(guān)鍵的一項舉措就是優(yōu)化裝夾方案，對于工藝系統(tǒng)剛性的提供具有重要意義。

（3）選用合理的補(bǔ)償措施。如果仿真加工后的結(jié)構(gòu)件發(fā)生變形現(xiàn)象，可以采用數(shù)控補(bǔ)償程序進(jìn)行補(bǔ)償，對結(jié)構(gòu)件的變形程度充分考慮，在更加精準(zhǔn)的要求下完成結(jié)構(gòu)件加工變形補(bǔ)償。

（4）合理應(yīng)用切削技術(shù)。切削技術(shù)中的高速加工技術(shù)已經(jīng)成為人們重點關(guān)注的技術(shù)之一，加工系統(tǒng)在特定環(huán)境下會發(fā)生相應(yīng)轉(zhuǎn)變，切削力不斷減小，為航空薄壁結(jié)構(gòu)件的加工工作提供一定幫助。在上述情況下，結(jié)構(gòu)件表面殘余應(yīng)力、機(jī)械和熱應(yīng)力減小，真正促進(jìn)了航天事業(yè)的良好發(fā)展。

2.加工完成后的變形控制措施。

（1）預(yù)拉伸板材的有效利用。針對纖維流向要求較低的結(jié)構(gòu)件可應(yīng)用預(yù)拉伸板材進(jìn)行加工。此種材料的殘余應(yīng)力相對較少，切削加工時的變形量不高，可實現(xiàn)對加工成本的有效控制，但同時，也會使結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度值有所降低。在應(yīng)用過程中應(yīng)合理進(jìn)行應(yīng)用策略的制定，以免在其它因素的干擾下影響加工件的質(zhì)量。

（2）提高結(jié)構(gòu)件剛度設(shè)置的合理性。加工弧形結(jié)構(gòu)件時，應(yīng)使用多個橫桿對其進(jìn)行支撐，以免加工時出現(xiàn)嚴(yán)重的變形問題，也可顯著提升加工效率。應(yīng)了解結(jié)構(gòu)件的具體裝配要求，結(jié)合其應(yīng)力情況合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)件剛度的設(shè)置。

（3）清除結(jié)構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力。應(yīng)遵循結(jié)構(gòu)件的設(shè)計要求對其內(nèi)部的殘余應(yīng)力進(jìn)行有效消除，進(jìn)而使設(shè)計水平得到提升，實現(xiàn)對質(zhì)量影響因素的有效控制，減少變形問題出現(xiàn)。如設(shè)備應(yīng)用前應(yīng)先進(jìn)行熱處理，進(jìn)而達(dá)到降低變形量的目的。

3.結(jié)構(gòu)件外形輪廓整體變形的控制措施。

航空薄壁整體結(jié)構(gòu)件加工時其宏觀應(yīng)力會逐步釋放，切削過程中的應(yīng)力分配情況存在差異，所產(chǎn)生的變形量也有所差別。因此，應(yīng)采取以下方法對因內(nèi)部應(yīng)力而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)件變形問題進(jìn)行有效控制：

（1）合理選擇加工材料。1要想減少變形現(xiàn)象，所使用的加工材料內(nèi)部應(yīng)力分布必須均勻，并對其進(jìn)行科學(xué)合理的測量與分析后再進(jìn)行加工，這可有效避免變形問題。

（2）釋放原材料的內(nèi)部應(yīng)力.應(yīng)針對原材料的內(nèi)部應(yīng)力情況進(jìn)行分析，結(jié)合分析結(jié)果采用適合的方法在其毛坯內(nèi)將之應(yīng)力進(jìn)行合理釋放。

（3）加強(qiáng)仿真實驗.研究人員應(yīng)利用仿真機(jī)對航空薄壁結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分析，通過安全校正理論分析之后得出可行性較高的校正方法，通過合理的校正減少結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工中出現(xiàn)變形問題的幾率。

結(jié)語：隨著航空事業(yè)的不斷發(fā)展，人們對其結(jié)構(gòu)件提出了較高要求，只有結(jié)構(gòu)件質(zhì)量有所保障，才能達(dá)到各類設(shè)備的生產(chǎn)要求。所以，在控制航空薄壁結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工變形時，要對其實際情況進(jìn)行分析，從加工中、加工后做好變形控制，進(jìn)而提高航空薄壁結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量。