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铝合金翼身融合整体框高速加工技术-【新闻】布料杆

发布时间:2021-04-20 11:59:20 阅读: 来源:电阻箱厂家

铝合金翼身融合整体框高速加工技术

高比强度、高比刚度的轻量化,是现代飞行器设计和制造的核心目标之一。为了实现这一目标,现代航空产品在选择高比强度材料的同时,大量采用具有较低结构重量比的整体结构。但是整体结构件由单一毛坯切削加工而成,金属去除率大、材料利用率低,在去除大量材料的同时,也释放了大量的毛坯内应力,从而引发了加工变形超差的问题,并将影响产品装配和使用性能,所以整体结构件的加工,对现代飞机制造业提出了更高的要求。

翼身融合整体框是近年来出现的飞机大型构件的一种新的结构形式,比较传统结构具有非常大的优势,它代表了未来飞行器大型构件设计的发展趋势。

2 零件分析

翼身融合整体框,是将机身整体框与机翼长梁合为一体的结构形式,其主要特点是尺寸非常大,金属去除率非常高,零件结构特殊。另外,由于材料状态等多方而原因,势必造成加工中产生较大的变形。因此应当认真分析零件的特点、材料特性、零件工艺

性等,寻找新的加工思路和加工方法。

以某机型翼身融合整体框为例,对此类结构的零件加工方法进行论述,其主要特点如下:

零件结构为中间框与两侧长梁相结合,双而多型腔,筋高壁薄。

存在“闭角”和“双曲外缘”等复杂结构,外形要符合机身理论外形和进气道理论外形,精度要求非常高。

金属去除率高达97.63%。

2 材料及应力分析

2.2残余顾力

材料或毛坯在制造过程中产生的残余内应力,是导致变形的主要力量。由于锻压或挤压的过程,使得材料内部产生了巨大的应力,经过热处理和时效或预拉伸等工艺方法,消除了大部分的应力,但不可能完全消除,剩余的就是残余应力。

其分布基本是:外层为压应力,内层为拉应力,力的平衡保持了结构的形状不变。由于零件加工都是首先破坏外层表而,而且不可能在一瞬间去除。这样就出现了应力的重新分布并表现出来。因首先加工的一侧,随着切削作用应力被去除,内层的拉应力起作用,同时另一侧的外层的压应力也发生作用,共同作用的结果,使结构向被加工一侧产生变形。随着加工的不断进行,应力也随之不断地变化,重新组合,当加工结束时,变形也就产生了。

2.2材料应力分析

翼身融合整体框是采用大型预拉伸厚板做毛坯,轧制和拉伸处理的难度较大。

毛坯不同位置所含内应力并不一致,主要体现为两位置同一厚度上的应力幅值不一致,无论是长度方向还是宽度方向的主应力,均有l 5%左右的波动。应力幅值变化剧烈,对后续工艺流程设计,必将产生较大影响。所以工艺流程设计,应主要围绕如何通过加工逐渐消除残余应力来展开。

2.3变形形态分析

翼身融合整体框是集梁、框于一体,其变形状态应该集梁类零件和框类零件的变形特点于一体,大致有以下几种情况:翘曲、侧弯、扭曲、局部腹板凸起,同时,由于零件尺寸非常大,也会因自重而引起零件变形。

3 工艺方案的分析与论证

零件从毛料加工到成品的整个过程中,合理的工艺流程设计,是非常必要和重要的一个环节。

3.2粗加工方案设计

粗加工工艺方案是整个零件加工工艺方案的重中之重。因为绝大部分的余量,都是在粗加工时去除,大部分残余应力,也是通过粗加工释放出来,如何进行粗加工工艺方案设计,是需要认真思考的。

粗铣中间段及过渡段。零件由中间框体过渡到两端长梁,截而尺寸变化较大的位置,比较容易发生弯曲变形,中间小区域内的变形,将导致零件挠度非线性增加,因此中间区域和两侧过渡区域,是加工

变形控制的重点。

为此,在粗加工前对这3个区域进行局部粗加工,提前释放应力集中区内应力,以减少对后续工序的影响。具体加工方法:交替反复加工两而中间段和过渡段。

粗铣其他部位内外形。若按照传统的双而框和梁的加工思路,可先将一而粗铣完成后,再翻而粗铣另外一而,当粗铣第一而后,失去平衡的内应力场,将导致较大的变形,容易造成零件局部发生塑性变形。针对这一情况,不能一次将一侧粗铣余量全部

去除,需要对零件双而粗铣的余量去除方案进行优化,需要几次翻而,反复进行粗铣,尽量使零件每次翻而前,去除的余量最大,从而保证加工品质。

值得注意的3个问题。

其一,粗铣时,为了零件反复翻而时的有效定位,且利于后续加工,筋条高和缘条高暂不加工。

其二,零件腹板上有若干大圆孔,大圆孔通常在零件加工接近尾声时切断,由于圆孔处在腹板上,而腹板在厚度方向的中间位置,切断圆孔时缺少有力支持,切断时零件必将会发生震颤。另外,由于零件尺寸大,悬空而积也非常大,中间缺少支撑点,所以在设计工艺方案时,考虑在圆孔处预留出工艺凸台,工艺凸台在零件的整个加工过程中起到很好的辅助支持的作用,在零件最终切断时一并去除。

其三,为了增强零件在整个加工过程中的稳定性,零件进气道处的两个大圆孔中心的圆形毛料及零件外形周围的毛料,在加工过程中不去除,起到定位及增强稳定性的作用,在最终切断时去除。

3.2充分自然时效

粗铣后,在自由状态下充分自然时效,自然时效是一个充分释放内应力的过程。

自然时效需要在常温下,将零件摆放在一个光洁平整的平台上,根槲铝合金时效变形试验结果,72 h后挠度变化趋于平稳,所以零件必须充分自然时效72 h。

3.3铣上、下两平而_÷半精铣内外形_÷精铣内外形并切断

4 加工方式及加工设备的选择

加工方式选择。零件加工方式采用高速加工。高速加工是现时的一种发展趋势,其具有高转速、快进给、轻切削的特点,更重要的是,高速加工对控制零件的变形起到了非常重要的作用。

装夹方式的选择。由于零件材料为厚板,在选择装夹方式的时候,首先考虑到真空吸附,但是由于零件腹板厚度非常薄,虽然真空吸力仅有2.262.28 MPa,零件尺寸大,辅助支撑又比较少,在真空吸力的作用下,零件极有可能会发生变形,不利于零件

品质的保证。最终装夹时,仅在毛料周边加压压板,将零件压紧即可。

定位基准的选择及坐标原点的确定。由于零件为双而加工整体框,定位基准选择在缘条的高表而。零件用板材加工,原点选择在板材的一个直角边上。

5 刀具的选择

高速切削刀具材料必须耐磨,抗冲击能力好,硬度高,与工件材料亲和力小。高速切削的刀具材料,必须根槲工件材料和加工性质来选择。一般情况下,对于相同的刀具材料,粗加工可以采用较高的切削速度、较大的每齿进给量,而刀具的较好的切削状态,不是满直径加工。一般情况下,对于立铣刀或端铣刀,较好的切削状态是加工宽度为刀具直径的66%~83%。粗铣时,可选用大直径的机夹式硬质合金刀具,以提高金属去除率。

6 检查与验收

在零件的加工过程中,每加工一步,都安排对零件的变形状态进行跟踪及测量,检测方法是将零件自由状态下置于平台上,用塞尺检查零件与平台间间隙,结果显示,整个过程的变形量在2.4~2.7 mm之间。

加工结束后,采用测量机测量整个零件,测量内容包括零件外形、筋位、腹板而及孔位,效果非常理想的,无侧弯、翘曲、扭曲等变形。

7 结束语

翼身融合整体框的高速加工工艺,在国内当属业内领先技术,缺乏可以借鉴的经验。通过前期工作,总结如下:

装夹方式尽量不使用真空吸附,最好将零件在自由状态下直接夹紧,这样有利于应力的均匀释放,同时也有利于悬空薄壁腹板尺寸的保证。

由于中间段、过渡段等截而尺寸剧变处,为应力集中区域,粗加工前,先将这些区域进行粗加工,预先释放这些部位的应力,以利于后续加工。

将粗加工做细做好,是加工此类零件的重点。因为大部分的残余应力要在粗加工时释放出来,所以将粗加工做细做好,使应力均匀释放并逐渐消除,后续的半精加工、精加工自然是水到渠成。

编制粗铣程序时,注意采用等高降层的方法,使应力逐层均匀释放。

粗加工后,需要充分自然时效72 h。

由于零件尺寸大,悬空而积非常大,中间缺少有力支撑,针对这种情况,可以利用腹板上的圆孔,在圆孔处预留工艺凸台,在最后切断时一并去除。这样做有两点好处:

一是工艺凸台可以在加工中起到辅助支撑的作用,使零件加工状态稳定,薄腹板尺寸容易保证:

二是避免圆孔切断时腹板悬空,造成震颤。

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