航空薄壁零件的铣削加工变形控制分析

航空薄壁零件的铣削加工变形控制分析

1周金磊 2徐继文 3王宇

1.2沈阳飞机工业（集团）有限公司

3空装驻沈阳地区第一军事代表室

摘要:伴随着我国综合国力的不断增强，促进和带动着各行各业都获得了长足的发展，其中航空公司的发展速度是最快的，但是航空产品采用的都是薄壁结构，在具体制造的过程当中增加出现变形、失稳问题发生的概率与可能，而且给具体的制造工作也带来许多的困难和影响。因此，本篇文章主要对航空薄壁零件的铣削加工变形控制进行认真的分析和研究，以做参考。
关键词:航空薄壁零件；铣削加工；变形控制；
现如今我们国家的航天航空工业在快速的发展当中，与此同时，对飞行器无论是性能还是稳定性都加强关注，并提出了更高的要求，零件设计也向着薄壁化、整体化、复杂化的方向所发展和前进，需进一步提高飞行器整体结构的强度，并且对装备的实际环节进行精简，只有这样，才能够满足新时代下对航空航天工业所提出来的要求，但是经过认真的分析和了解之后发现，薄壁结构件在实际加工的过程当中会遇到很多问题和挑战，之所以会出现这样的情况，主要就是因为薄壁结构件的实际结构具有复杂性的特点，在实际制造加工的过程当中，非常容易出现变形等问题，同时，这也成为了我国航空生产领域当中最棘手的问题之一。基于此，本文下面主要针对于航空薄壁零件的铣削加工变形控制展开深入探讨。
1、导致航空薄壁结构件变形的主要原因分析
当加工工作在实际展开的过程当中，会造成薄壁结构件出现变形的因素是非常多的，例如：使用的刀具、工作的机床、工艺参数、夹具等，其中最重要的因素就是材料内部所出现的残余应力、加工过程当中的切削力、工装夹具的装夹力。
(1)材料内部所存在的残余应力
在正常的情况之下，材料内部的残余应力具有平衡性的特点，毛坯都是处在不变形的状态当中，但是在薄壁结构件实际加工的过程当中，会将含有残余应力的毛坯材料全部去除，这时参与应力就得到释放，将原有的平衡状态进行打破，之后在加工工作结束之后，又进行重新分布，形成最新的平衡状态，所以出现了加工变形问题，因为薄壁结构件在具体加工的过程当中，材料去量非常高，甚至已经达到了90%左右，故而残余应力释放所造成的变形问题是非常明显的。
(2)加工过程当中的切削力
在板框内薄壁结构件实际加工的过程当中，所应用的主要方式就是铣削，铣刀发挥出自己的作用之后，给予材料一定的压力，在发生多次的剪切失效后，从材料上基本被消除，工件与铣刀前刀面、后刀面之间有切削力作用的出现。通过对薄壁结构件的刚度进行认真的分析，发现其高度非常低，因为受到切削力所带来的影响，故而局部会有弹塑性变形的出现，导致工件无论是其加工精度还是表面质量都会不断下降。
此外，在铣削工作展开的过程当中，工件的加工表面也会有塑性变型问题出现，又与其他部位所产生的弹性变形之间相互影响、相互控制，最终形成最新的加工应力，对材料内部存在的分布状态产生一定影响，导致薄壁结构件增加加工变形的可能和概率。
(3)工装夹具装夹力
经过认真的分析和统计之后发现，之所以会出现加工误差问题，其中有很大一个原因就是装夹和定位所导致的，装夹方案与加工变形之间有着紧密的联系和关系，因为薄壁结构件对其加工精度提出更高的要求，工件在机床上定位基准面如果选择缺乏合理性的话或者是夹紧力的大小和位置非常不恰当，都会造成定位误差的出现，对精度产生一定的影响，造成其不断下降。另外，工件的夹紧力和切削力之间也会出现耦合反应，对加工应力的产生造成一定的影响，最终导致薄壁结构件加工变形更具复杂性的特点，给予相关工作带来一定的难度。
2、降低和减少薄壁零件加工变形的方法
薄壁结构件它的局部刚性偏低，在加工工作展开的过程当中，切削力和切削热都会对其产生一定的影响，想要对薄壁零件加工变形问题进行有效控制，还需相关工作人员对切削力与零件局部高度之间的关系加强关注与重视，并且更好的处理，降低切削力和消除零件残余应力是减小薄壁零件局部加工出现变形问题最有效的方法。经过专业工作人员不断研究和分析之后发现，高速切削展开的过程当中，所产生的切削率非常小，加工过程当中所产生的让刀变形效应也非常的小，而且切削会将切削热大部分带有，零件温度变化不大，所以可以为后期零件尺寸精度的控制打下了良好基础。当工作人员应用高速切削控制薄壁零件变形问题的过程当中，还需遵循一定的原则，即：将切削力和零件余下刚度之间的关系和联系进行合理的调整，并不断对其中的加工参数进行优化，保证切削力控制在合理的范围之中，只有这样，才能够有效对薄壁零件加工变形问题进行有效的控制，最终收获良好的效果。
薄壁结构间的实际加工的过程当中，不仅材料去除率高，而且截面形状也更具复杂性的特点，毛坯当中的内应力伴随着材料去除而被不断的释放，内部应力释放不均匀等各种问题都会增加零件出现变形问题，所以工作人员可以应用时效处理方法以及设置出应力释放工艺槽，此项方法是完美消除内应力最有效、也是最直接的方法。

因为工装夹具所带来的影响，零件在具体加工的过程当中会出现装夹力分布不均匀等问题，工件在卸夹具之前，并不会出现较为明显的轮廓变形问题，主要就是因为零件在实际加工的过程当中，应力得到了重新的分布，受到夹具所带来的影响，工件的实际形状保持在了稳定的状态当中，但是零件刚度偏弱的中心区域，会因为加工之后应力得重新平衡，所以出现塑性变形问题，这时最有效的解决方法就是不断对装夹方式进行优化与革新，解决装夹力对零件变形所带来的不利影响。

3、对薄壁零件加工工艺不断革新

刀具的实际加工路径，在粗加工展开的过程当中，选择的工艺方法主要就是高速铣削以及非常高的进给率和非常小的铣削用量，在粗加工展开的过程当中，还需要应用科学的方法，确保刀具负荷不会出现任何的问题，一直保持在稳定的状态当中，降低和减少任何切削方向的改变，粗加工当中，在正常的情况之下都会应用顺铣加工方法。粗加工展开过程当中所使用的加工刀具一般都是路径有2向等高线层切法以及插铣刀具路径等，工作人员在进行走刀路径选择的过程当中，一定要遵循“谨慎”二字，因为走刀路径的不同，对工件加工表面的质量会产生不同程度的影响，精加工是工件形成最重要也是最后的环节，工作人员一定要对刀具切削荷载加强关注与重视，并且保证其处在不变的状态当中。

结束语:

简而言之，在新时代的大背景之下，我们国家的航空工业呈现出了高速的发展态势，同时，对自身发展也提出更高的要求，航空结构件也向着薄壁化的方向所发展和前进，将薄壁零件的加工变形问题有效的解决，是大幅度提高航空产品质量最有效的方法和路径，所以相关工作人员还需针对于影响航空薄壁零件变形的因素进行深入的分析，之后制定出完善的方法，将问题妥善的解决，站在不同的角度，将不同的工艺作为重点，来制定相关的解决方法，帮助航空薄壁结构件最终真正的实现高精度的加工，推进我们国家的航空事业向着更加蓬勃的方向所发展和前进。

参考文献：

[1]宁会峰,巫成,张楠楠,燕灵芝. 日型薄壁零件铣削侧壁的变形仿真分析[J]. 工具技术,2021,55(01):58-63.

[2]王荣奇,谢雪范,周晓勤,李国发. 薄壁结构件铣削加工变形的有限元分析[J]. 组合机床与自动化加工技术,2019(02):5-7.

[3]丁悦,刘畅. 航空结构件铣削加工变形仿真技术研究与应用[J]. 航空制造技术,2019,62(03):81-89.

[4]胡权威,乔立红,张洪伟. 薄壁结构件铣削参数有限元正交优势分析及优化[J]. 机械工程学报,2013,49(21):176-184.

[5]王光宇,吴运新,闫鹏飞,胡永会. 航空铝合金薄壁件铣削加工变形的预测模型[J]. 中南大学学报(自然科学版),2012,43(05):1696-1702.

[6]尹飞鸿,唐国兴,陈志伟,干为民. 铝合金航空薄壁框铣削变形预测研究[J]. 制造业自动化,2012,34(18):34-36+40.

[7]徐玉东,韩运华. 铣削参数变化对铝合金薄侧壁件加工变形的影响[J]. 吉林化工学院学报,2017,34(11):73-77.