孫家冬，李華龍，卞偉宇

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110850

1 序言

近年來(lái)飛機(jī)零件設(shè)計(jì)整體化趨勢(shì)愈發(fā)明顯，零件結(jié)構(gòu)趨向復(fù)雜化。從鑄件結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)看，早期鑄件結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，一般都采用多個(gè)分體件加工后組合的形式，現(xiàn)在逐步向著一體化鑄件方向發(fā)展，這給零件加工提出了更大的挑戰(zhàn)。由于受到熱處理工藝水平限制，鑄件質(zhì)量起伏較大，加上復(fù)雜的零件結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致常規(guī)的鑄件加工思路已經(jīng)很難滿足生產(chǎn)加工需求，所以需要不斷探索更加有效的加 工方法。

以某鑄件梁零件為例，零件結(jié)構(gòu)為細(xì)長(zhǎng)拱形，前期按常規(guī)思路加工，極難保證尺寸精度，并且零件質(zhì)量受限于鑄件狀態(tài)，零件成品率極低。針對(duì)這種情況，優(yōu)化鑄件加工方案，通過(guò)對(duì)零件的實(shí)際加工，驗(yàn)證方案的可行性。

2 零件結(jié)構(gòu)工藝性分析

零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，為細(xì)長(zhǎng)的拱形梁結(jié)構(gòu)，尺寸為770mm×162mm×125mm。零件毛坯為鎂合金鑄件，采用砂型鑄造的方法進(jìn)行鑄造，存在鑄造公差大、鑄造基準(zhǔn)偏差大等問(wèn)題，給數(shù)控加工帶來(lái)很大的困難[1]，需要在加工過(guò)程中進(jìn)行精確的工藝 控制。

圖1 零件結(jié)構(gòu)

2.1 結(jié)構(gòu)難點(diǎn)分析

該零件加工面多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)控加工難度大。其中兩側(cè)伸出耳片、側(cè)面外形、上下型面外形及氣密帶槽等部位要求嚴(yán)格且不易保證。同時(shí)，按設(shè)計(jì)要求，零件槽腔內(nèi)部除筋條及上型面緣條內(nèi)形外，其他部位都為非加工面；氣密帶槽背側(cè)閉角區(qū)為非加工面。這種槽腔內(nèi)部不加工，槽腔外部加工的結(jié)構(gòu)設(shè)置對(duì)變形特別敏感，不易控制緣條 壁厚。

2.2 鑄件因素分析

鑄件毛坯采用砂型鑄造，而該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型腔多，加工面、非加工面混合，所以對(duì)鑄件的精度要求非常高，而砂型鑄造很難保證鑄造尺寸精度[2]，考慮采用在非加工面預(yù)留余量，再用機(jī)械加工去除的方式控制，這就意味著需要將零件整體全部加工，由此引出仿鍛件全尺寸加工的定義。

2.3 預(yù)期變形分析

通過(guò)考慮零件的結(jié)構(gòu)形式，初步預(yù)測(cè)零件可能存在的變形問(wèn)題，主要包括拱形側(cè)面的彎曲變形、拱形高度方向的彎曲變形以及氣密帶槽部位多角度復(fù)合變形。其中零件對(duì)稱軸線附近為兩處彎曲變形最嚴(yán)重的部位，兩個(gè)方向的變形組合會(huì)導(dǎo)致零件產(chǎn)生不可控的變形移量，在加工零件緣條時(shí)，緣條壁厚極難控制，對(duì)零件理論外形的位置精度產(chǎn)生不利影響。同時(shí)因拱形本身的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以在加工過(guò)程中會(huì)一直伴隨著多方位復(fù)合變形。

除此之外，因零件本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝夾困難，需要分多個(gè)數(shù)控工序加工，且在同一工序的不同工步中需多次倒壓板，裝夾部位變化及夾緊力不可控也是導(dǎo)致零件變形的主要影響因素。除此之外，由于精基準(zhǔn)加工精度同樣直接影響后續(xù)加工，關(guān)系到整個(gè)零件能否順利加工完成，所以在加工前必須考慮周全，以防止在開(kāi)始加工后才發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤而造成不可挽回的損失[3]。

3 加工方案制定及加工驗(yàn)證

綜合分析零件結(jié)構(gòu)形式及可能存在的變形誘因，并參考類似結(jié)構(gòu)零件加工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)加工方案。初步定為三面加工：拱形朝上放置、拱形朝下放置及側(cè)放三種工位。經(jīng)過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證，在初始方案基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，確定最終的加工方案，確保達(dá)到理想的加工效率和加工質(zhì)量。

3.1 初始方案

（1）加工方案及流程設(shè)定 按前期工藝分析，初步設(shè)定采用三面數(shù)控加工。第一面：加工拱形上型面、左右側(cè)面、側(cè)腹板面及氣密帶槽背側(cè)閉角區(qū)。第二面：加工拱形下型面、側(cè)腹板面及氣密帶槽。第三面：加工零件槽腔內(nèi)形及緣條高。在數(shù)控加工之前，按鑄件基準(zhǔn)及來(lái)料劃線，加工出2個(gè)定位基準(zhǔn)孔，并銑出兩側(cè)耳片作為定位基準(zhǔn)面。

具體加工流程：料檢→銑基準(zhǔn)面→鉆定位孔→加工拱形上型面→測(cè)量→加工拱形下型面→測(cè)量→翻面，加工槽腔內(nèi)形及緣條高→卸下零件，換工裝加工槽腔及緣條高→劃工藝耳片處零件形狀→銑掉工藝耳片→鉗工修整零件→清洗→熒光滲透檢查→表面處理→標(biāo)識(shí)→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

（2）實(shí)際加工驗(yàn)證 為了驗(yàn)證工藝方案的可行性，需要掌握加工的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此對(duì)每一個(gè)工序均全程跟蹤生產(chǎn)情況，并記錄加工狀態(tài)。

第一面：按方案正常裝夾。整個(gè)加工過(guò)程工件狀態(tài)比較穩(wěn)定，余量均勻，各處尺寸符合要求。經(jīng)測(cè)量機(jī)測(cè)量，零件外形符合要求，總體上達(dá)到了理論預(yù)期效果。

第二面：前一工序加工完畢后，卸下工件，將其固定在第二面工裝上。在壓緊前，將工件放置在工裝上，自由狀態(tài)下，將千分表固定在機(jī)床主軸頭上，表針接觸工件對(duì)稱軸線處弧面，下壓1mm后調(diào)零，由此方法找準(zhǔn)工件未裝夾前的自由狀態(tài)。擰緊兩側(cè)工藝耳片處壓板后，手動(dòng)調(diào)整弧面下活動(dòng)支持螺柱，保證毛坯定位面均勻受力。將工件頂起1mm左右后，壓緊弧面上壓板，按千分表讀數(shù)調(diào)整壓緊力，確保將變形量?；?。

第三面：加工槽腔內(nèi)形及緣條高。因前一數(shù)控工序工件變形量大，故導(dǎo)致內(nèi)形所有緣條壁厚均需單獨(dú)程序段保證，頻繁偏置原點(diǎn)，加工周期特別長(zhǎng)，效率低下。因工件前期累積變形，故導(dǎo)致在加工緣條高時(shí)，局部緣條高尺寸超差；加工上弧面壁厚時(shí)，僅局部能夠滿足尺寸要求，剩余部位需鉗工銼修保證。

（3）加工結(jié)果分析 實(shí)際加工證明，該加工方案不能滿足加工要求。對(duì)整個(gè)加工過(guò)程進(jìn)行分析認(rèn)為，加工前期考慮了多種變形誘因，采取了相應(yīng)的控制手段，但是對(duì)于加工過(guò)程中的變形缺乏控制手段。由于鎂合金的彈性模量大，在切削力和夾緊力作用下，容易產(chǎn)生較大的彈性變形，后續(xù)需要在定位裝夾方面采取措施[4]。零件在工裝上的定位方案選取不合理，特別是第二面加工采用浮動(dòng)支撐，不能校正零件上道工序產(chǎn)生的變形，導(dǎo)致變形傳遞，同時(shí)操作人員手動(dòng)調(diào)整浮動(dòng)支撐，也直接導(dǎo)致了零件變形。以上原因也導(dǎo)致整個(gè)數(shù)控加工效率低下，全程加工時(shí)間約80h，需要重新考慮加工方案，控制加工變形，提高加工效率。

3.2 方案改進(jìn)思路

通過(guò)以上分析，對(duì)于方案改進(jìn)需從控制加工過(guò)程中工件變形入手，并采取措施提高加工效率。對(duì)此，需要從以下4個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

1）取消浮動(dòng)支撐。

2）設(shè)法保證零件加工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)剛度。

3）下道工序能夠?qū)ι系拦ば虻淖冃斡行Ｕ?作用。

4）減少加工工序，縮短加工中的準(zhǔn)備時(shí)間，提高加工效率。

3.3 修訂后方案

通過(guò)對(duì)前期加工結(jié)果的分析，修改加工方案：由原方案的三面加工改為兩面加工。第一面：精加工槽腔內(nèi)形及緣條外形，可以保證緣條壁厚尺寸及槽腔整體位置精度。第二面：加工背面所有型面。對(duì)于此方案，需要對(duì)工裝進(jìn)行修改及自制。第一面工裝在原工裝基礎(chǔ)上修改，將原腹板面下輔助支撐改為固定墊塊，左右兩側(cè)耳片下面增加固定尺寸墊塊，工裝形式及第一面裝夾狀態(tài)如圖2所示。第二面新制工裝上定位板，借用原工裝方箱，以前一工序精加工后的緣條高、腹板面做Z向定位；X方向采用工裝預(yù)留定位凸臺(tái)定位；Y方向采用兩側(cè)耳片平面定位，與上一面定位基準(zhǔn)一致。零件在數(shù)控加工之前，需要配合工裝加工出定位面，并銑出兩側(cè)耳片平面。

圖2 第一面裝夾狀態(tài)

具體加工流程：料檢→銑定位基準(zhǔn)→加工槽腔、緣條內(nèi)外形及緣條高→翻面，加工槽腔及緣條高→測(cè)量→劃工藝耳片處零件形狀→銑掉工藝耳 片→鉗工修整零件→清洗→熒光滲透檢查→表面處理→標(biāo)識(shí)→檢驗(yàn)→入庫(kù)。

經(jīng)實(shí)際加工驗(yàn)證，改進(jìn)后的方案在零件加工過(guò)程中達(dá)到了無(wú)人工干預(yù)，有效地降低了操作人員的工作量，顯著縮短了準(zhǔn)備時(shí)間和中間過(guò)程非加工時(shí)間，零件全程加工時(shí)間約32h，極大地提高了加工 效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)拱形鑄件梁加工工藝的深入解析，并結(jié)合實(shí)際加工驗(yàn)證，打破常規(guī)思維的桎梏，對(duì)影響產(chǎn)品加工質(zhì)量的因素進(jìn)行有效控制，顯著提高了零件的加工質(zhì)量和加工效率，達(dá)到了質(zhì)量與效率雙贏的效果。當(dāng)前隨著設(shè)計(jì)水平、加工能力的提高，鑄件結(jié)構(gòu)形式愈發(fā)向大型化、復(fù)雜化發(fā)展，導(dǎo)致常規(guī)思路已經(jīng)不能完全滿足當(dāng)前的生產(chǎn)需求，需要開(kāi)拓思路、發(fā)散思維和創(chuàng)新方法，才能夠適應(yīng)當(dāng)前工藝發(fā)展的要求。

20221102

專家點(diǎn)評(píng)

該文以拱形鑄件梁為例，結(jié)合實(shí)際加工狀況，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)因素進(jìn)行分析和控制，保證零件加工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)剛度。通過(guò)下道工序校正上道工序的變形，減少工序和準(zhǔn)備時(shí)間，同步提高了零件的加工質(zhì)量和加工效率。

文章的亮點(diǎn)是打破常規(guī)思路，創(chuàng)新加工方法，從控制零件變形入手，持續(xù)改進(jìn)加工方案。通過(guò)實(shí)際加工驗(yàn)證工藝的可行性，掌握加工的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)加工前期的變形誘因和加工過(guò)程中的變形趨勢(shì)采取有效的控制手段，總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加工方案，解決了拱形鑄件的變形傳遞難題。