CN111390509A

CN111390509A - 一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法

Info

Publication number: CN111390509A
Application number: CN202010322609.6A
Authority: CN
Inventors: 刘元吉; 王慧; 姜振喜; 陈清良; 匡勇
Original assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2020-04-22
Filing date: 2020-04-22
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2040-04-22
Also published as: CN111390509B

Abstract

一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，用于飞机薄壁弧形框类零件的变形控制，分为粗加工，留工艺筋；时效，释放变形及应力，无应力修面；半精加工，进一步去除加工余量，无应力修面；精加工，去除工艺凸台；切断工艺筋后进行时效，释放加工应力；通过定位销及工装定位，使用辅助连接块及螺钉将工艺筋连接，对弧形框进行校形；工艺筋由后续装配工序去除。本发明方法可有效控制弧框类零件的翘曲和扩张变形，零件内部应力在交付前得到充分释放，防止零件扭曲变形，保证了装配的质量及精度。

Description

一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法

技术领域

本发明涉及一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，属于数控加工领域。

背景技术

随着航空技术的发展，现代飞机机动性能、飞行性能、寿命和低制造成本等性能指标不断提高，航空结构件已逐渐向大型化、整体化、薄壁化等方向发展。以飞机座舱盖的弧框为例，为满足使用性能及轻量化需求，该类零件一般采用薄壁、开敞式的设计，导致零件整体刚性较弱；弧框一般采用单面设计，一面为光面定位面或特征较少，另一侧为装配特征面，由于材料去除量较大且不均匀，在加工完后零件存在翘曲和扩张变形，呈现零件扭曲变形的状态，装配定位孔及基准面的精度无法保证，如附图1所示。由于弧框一般作为座舱盖的装配基准，其精度将影响后续的装配精度及质量，因此该类零件的变形控制尤为重要。

目前，为实现薄壁弧框类零件的稳定加工，在满足装配要求的情况下，一般会增加零件两端工艺凸台数量的方法，虽然工艺凸台数量增加一定程度上增加了数控加工过程中零件刚性，但是并没有改变零件弧形框的整体结构特征，零件翘曲-扩张复合产生的扭曲变形不能得到有效控制。

由于弧框类零件变形大、应力释放不充分等问题，现有的工艺方案已经无法满足当前的加工需求，亟需新的工艺工艺方法来控制弧框类零件的变形，从而保证零件加工及装配质量。

发明内容

针对现有弧框类零件变形大、应力释放不充分等问题，本发明提出了一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法。

本发明提供的技术方案为：

一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，步骤包括粗加工、时效、无应力修面、半精加工、无应力修面；精加工、切断工艺筋、时效、工艺筋连接、校形；具体为：

步骤1）粗加工，弧形框侧面留5~6mm余量，顶面余量根据毛坯厚度确定；留工艺凸台、弧形框两端之间留连接的工艺筋；

步骤2）时效，松开所有压紧装置，零件自然时效不小于48小时；

步骤3）无应力修面，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削工艺凸台及零件顶面参与定位区域；

步骤4）半精加工，侧面留有工艺余量2~3mm，顶面余量根据毛坯厚度确定；

步骤5）无应力修面，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削工艺凸台及零件顶面参与定位区域；

步骤6）精加工，精铣零件到位，下断所有工艺凸台；

步骤7）切断工艺筋，在工艺筋中间位置将工艺筋用小直径刀具切断；

步骤8）时效48小时，释放应力及变形；

步骤9）连接工艺筋，使用工装和定位销将弧形框定位并工装贴合后连接工艺筋；

步骤10）校形，对弧形框进行校形；

步骤11）去除工艺筋。

进一步地，所述步骤1）所留工艺凸台间的间距L₁=250~300mm

进一步地，所述步骤7）工艺筋切断的开口尺寸L₄=5~10mm。

进一步地，所述的工艺筋，宽度尺寸L₂=20~25mm，t₁=5~10mm，t₂=t₃，t₂为弧框与工艺筋连接处工艺筋厚度，t₃为弧框与工艺筋连接处弧框腹板厚度，L₃=15~20mm。

进一步地，所述的连接块 7尺寸L₆=100~105mm，L₇=L₂，t₄=10~15mm，4-Φ8孔8间距分别为L₈=25mm，L₉=20mm，L₁₀=25mm。

进一步地，所述步骤9）中采用连接块通过螺钉将工艺筋连接固定。

进一步地，所述步骤11）工艺筋在后续装配工序中去除。

本发明中，薄壁弧形框零件数控加工过程中的变形主要为翘曲和扩张两种形式的复合作用，因此分别设计工艺方案对这两种变形形式进行控制。零件翘曲变形主要是由于毛坯材料残余应力以及数控加工过程材料去除后应力重分布等因素产生的，通过设置粗加工-半精加工-精加工工序分离，以及时效工序有效了控制零件翘曲变形。

零件扩张变形的产生受薄壁弧形框零件结构特征影响较大，由于弧形框结构特征为薄壁、开敞式设计，进行加工余量及切削参数优化、工艺凸台设置等措施不能改变弧形框的整体结构特征，对控制零件扩张变形效果较差，因此本发明通过设置工艺筋的方式进行变形控制，同时在加工过程中设置工艺筋切断后时效、连接后再校形和装配后去除的工艺方法，使零件扩张变形量很小，保证了加工精度。

薄壁弧框一般采用开敞式设计，两端头间距大，导致零件刚性较弱，加之双面加工余量的不均匀，导致零件在加工过程易产生翘曲及扩张变形，本发明通过增加工艺筋有效抑制了零件变形。

本发明方法可有效控制弧框类零件的翘曲和扩张变形使零件内部应力在交付前得到充分释放，防止零件扭曲变形，保证了装配的质量及精度。

附图说明

图1是弧框类零件结构示意图。

图2是弧框类零件结构后向示意图。

图3是带工艺筋弧框类零件示意图。

图4是凸台设置连接示意图。

图5是工艺筋连接示意图。

图6是图5中A-A视图。

图7是工艺筋切断示意图。

图8是弧框校形示意图。

图9是工艺筋连接方式示意图。

图10是工艺筋的连接位置块示意图。

图11是图9中B-B视图。

图12是弧框交付装配前零件状态示意图。

图中，1、弧框定位孔；2、弧框定位面；3、工艺筋；4、弧形框；5、工装；6、定位销；7、连接块；8、孔；9、螺纹孔；10、螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明专利并不限于本实例。

实施例1

本发明一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，步骤包括粗加工、时效、无应力修面、半精加工、无应力修面；精加工、切断工艺筋、时效、工艺筋连接、校形；具体为：

步骤1）粗加工，弧形框侧面留5~6mm余量，顶面余量根据毛坯厚度确定；留工艺凸台、弧框两端之间留连接的工艺筋3；

步骤6）精加工，精铣零件到位，下断所有工艺凸台；

步骤8）时效48小时，释放应力及变形；

步骤10）校形，对弧形框进行校形；

步骤11）去除工艺筋。

实施例2

本发明中，薄壁弧形框零件数控加工过程中的变形主要为翘曲和扩张两种形式的复合作用，因此分别设计工艺方案对这两种变形形式进行控制，见图1至图12。

零件翘曲变形主要是由于毛坯材料残余应力以及数控加工过程材料去除后应力重分布等因素产生的，通过工序粗加工-半精加工-精加工分离，以及时效工序设置控制零件翘曲变形，工艺过程分为粗加工；时效，释放变形及应力，无应力修面；半精加工，进一步去除加工余量，无应力修面；精加工，去除工艺凸台。

第一步：粗铣零件，侧面留有工艺余量5~6mm，顶面余量根据毛坯厚度确定，使用铣刀直径Φ20~Φ25mm。去除大余量，零件留工艺凸台，相邻凸台间的间距L₁=250~300mm，如附图3所示。

第二步：自然时效，松开所有压紧装置，零件自然时效不小于48小时；

第三步：无应力修面，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削工艺凸台及零件顶面参与定位区域。

第四步，半精铣零件，侧面留有工艺余量2~3mm，顶面余量根据毛坯厚度确定，使用铣刀直径Φ20~Φ25mm。

第五步：无应力修面，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削工艺凸台及零件顶面参与定位区域。

第六步：精铣零件到位，下断所有工艺凸台。

零件扩张变形的产生受薄壁弧形框零件结构特征影响较大，由于弧形框结构特征为薄壁、开敞式设计，进行加工余量及切削参数优化、工艺凸台设置等措施不能改变弧形框的整体结构特征，对控制零件扩张变形效果较差，因此过设置工艺筋的方式进行变形控制，同时在加工过程中设置工艺筋切断后失效、连接后校正和装配后去除的工艺方法，具体如下所示：

薄壁弧框一般采用开敞式设计，两端头间距≥700mm，导致零件刚性较弱，加之双面加工余量的不均匀，导致零件在加工过程易产生翘曲及扩张变形，因此，需要增加工艺筋抑制零件变形。本发明采用在零件定位面处设置工艺筋的方式，工艺筋在加工过程与零件定位面共同参与定位，在满足装配不干涉以及走刀空间的要求下，工艺筋尽量靠近弧框两侧末端，工艺筋宽度尺寸L₂=20~25mm，t₁=5~10mm，t₂=t₃，t₂为弧框与工艺筋连接处工艺筋厚度，t₃为弧框与工艺筋连接处弧框腹板厚度，L₃=15~20mm，工艺筋3与零件连接处如图5、图6所示。在加工过程中，工艺筋可当成零件的一部分进行加工，顶面余量设置与零件一致，侧面在粗加工时铣到位。

弧框完成精加工后，将工艺3切断，具体要求如下：

由于在加工过程中工艺筋一直处于连接状态，导致零件内部应力释放不完全。本发明提出了一种应力释放方式，即在弧框完成精加工后，在工艺筋3中间位置将工艺筋3用小刀具切断，开口尺寸L₄=5~10mm。切断后零件进行自然时效48小时，充分释放应力及变形，工艺筋切开处如图7所示。

将切断的工艺筋3连接，具体要求如下：

首先将弧框定位面2与定位工装5上表面相贴合，使用两根定位销6***弧框定位孔1将弧框与定位工装相连接，工装5上定位孔间距L₅为两弧框定位孔1之间的理论距离，如图8所示。

使用连接块7将切断的工艺筋3连接，连接块尺寸L₆=100~105mm，L₇=L₂，t₄=10~15mm，首先将连接块置于工艺筋上表面，然后以4个Φ8的孔8为基准在工艺筋上进行配钻孔及攻螺纹，制成螺纹孔9，然后用螺钉10将连接块7与工艺筋3拧紧固定，螺钉10有效长度小于等于t₁+t₄，如图9、图10、图11所示。拆除定位销6及定位的工装5，零件交付前状态如图12所示。

根据实际需要，在装配工序去除工艺筋。

实施例3

发明提出了薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，分为粗加工，留工艺筋3；时效，释放变形及应力，无应力修面；半精加工，进一步去除加工余量，无应力修面；精加工，去除工艺凸台；切断工艺筋3后进行时效，释放加工应力；通过定位销6及工装5定位，使用辅助连接块7及螺钉10将工艺筋3连接，对弧形框4进行校形；工艺筋3由后续装配工序去除，具体实施内容及注意事项如下：

1）粗加工

侧面留5~6mm余量，顶面余量根据毛坯厚度确定；留工艺凸台，相邻凸台间的间距L₁=250~300mm；留有工艺筋3，工艺筋3尽量靠近弧框两侧末端，工艺筋3宽度尺寸L₂=20~25mm，t₁=5~10mm，t₂=t₃，t₂为弧框与工艺筋连接处工艺筋厚度，t₃为弧框与工艺筋连接处弧框腹板厚度，L₃=15~20mm。工艺筋3侧面加工到位，厚度方向余量设置与零件余量一致，t₁为工艺筋3最终厚度尺寸，由精加工工序形成。

2）自然时效

松开所有压紧装置，零件自然时效不小于48小时；

3）无应力修面

使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削工艺凸台及零件顶面参与定位区域；

4）半精加工

侧面留有工艺余量2~3mm，顶面余量根据毛坯厚度确定。

5）无应力修面

6）精铣零件及切断工艺筋3

精铣零件到位，下断所有工艺凸台。在工艺筋3中间位置将工艺筋3用小直径刀具切断，开口尺寸L4=5~10mm。切断后零件进行自然时效48小时，充分释放应力及变形。

7）连接工艺筋3

首先使用两根定位销6将弧形框4与定位工装5相连接，保证弧框4定位面与工装5上表面相贴合。然后将连接块7置于工艺筋3上表面，以连接块上4-Φ8孔为基准在工艺筋3上进行配钻孔及攻螺纹，制成4-M6螺纹孔9，最后用4-M6螺钉10将连接块7与工艺筋3拧紧固定。

8）零件交付并去除工艺筋3

根据实际需要，在装配工序去除工艺筋3。

Claims

1.一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，步骤包括粗加工、时效、无应力修面、半精加工、无应力修面；精加工、切断工艺筋、时效、工艺筋连接、校形；具体为：

步骤6）精加工，精铣零件到位，下断所有工艺凸台；

步骤8）时效48小时，释放应力及变形；

步骤10）校形，对弧形框进行校形；

步骤11）去除工艺筋。

2.根据权利要求1所述一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述步骤1）所留工艺凸台间的间距L₁=250~300mm。

3.根据权利要求1所述一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述步骤7）工艺筋切断的开口尺寸L₄=5~10mm。

4.根据权利要求1所述一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述的工艺筋，宽度尺寸L₂=20~25mm，t₁=5~10mm，t₂=t₃，t₂为弧框与工艺筋连接处工艺筋厚度，t₃为弧框与工艺筋连接处弧框腹板厚度，L₃=15~20mm。

5.根据权利要求1一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述的连接块7尺寸L₆=100~105mm，L₇=L₂，t₄=10~15mm，4-Φ8孔8间距分别为L₈=25mm，L₉=20mm，L₁₀=25mm。

6.根据权利要求1一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述步骤9）中采用连接块通过螺钉将工艺筋连接固定。

7.根据权利要求1一种薄壁弧形框变形控制加工工艺方法，其特征在于，所述步骤11）工艺筋在后续装配工序中去除。