CN112008436A - 基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机械加工技术领域，公开了一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，首先，由于毛坯初始残余应力的影响，加工前毛坯都存在一定程度的翘曲，因此，采用一种毛坯自变形抵消策略，用于抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形；然后对框面加工时的加工刀具和切屑参数进行定额，避免了切削过程中切削力大，应力释放不均匀的现象；最后针对框面加工，取消修面工步，采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽，有助于零件应力均匀释放，抑制零件变形。本申请能够有效的控制多特征薄壁板零件因毛坯初始残余应力释放而导致的加工变形，解决了加工过程中的零件变形严重、加工精度控制难等问题，保证了零件的机加质量。

Description

基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法

技术领域

本申请涉及机械加工技术领域，具体涉及一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法。

背景技术

近年来，随着制造业的不断发展，对数控机床加工的工艺要求也不断提高。壁板类零件作为飞机结构中的主要承力部件和主体装配骨架，其设计制造要求向着整体件、大型化、复杂化、高精度化等方向不断发展，此类零件在飞机结构件中的占比也日益增加，在飞机整体结构中具有举足轻重的作用。大型壁板类零件具有零件轮廓尺寸大、槽腔多、壁厚较薄等特点，针对大型薄壁板类零件的变形问题，国内外高校及科研机构也展开了一系列研究工作。但是，国内外对毛坯残余应力引起的铝合金板材在加工过程中的变形研究还远远不够。对于薄壁板类零件，在大去除率的加工过程中毛坯残余应力释放是造成零件变形的主要因素，如果无法有效地解决残余应力释放问题，则易造成零件加工过程中及加工后的大变形，从而导致尺寸超差或者产品不满足要求而报废。

机械加工和强化工艺都能引起残余应力，如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑形变形或相变都可能引起残余应力。残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂，或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹或变形。

发明内容

为了解决上述的在大去除率的加工过程中毛坯残余应力释放造成的零件变形问题，本申请提供了一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法。

为了实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：

一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，具体包括以下步骤：

S1.领取毛坯板料，利用百分表进行毛坯表面翘曲度判断，采用毛坯自变形抵消策略，用于抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形；

S2.框面锪工艺孔窝，制压紧孔，并采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽；

S3.光面锪压紧孔窝，制工艺孔；

S4.光面修面，采用等厚的光面修面方式，并且光面特征精加工到位；

S5.框面粗精加工到位，加工时对加工刀具和切屑参数进行定额，并采用径向分块式走刀方式对框面进行加工。

优选地，所述步骤S1中，利用百分表进行毛坯表面翘曲度判断，从而判断出毛坯的凹面与凸面，然后定义毛坯凹面为光面，毛坯凸面为框面。

优选地，所述步骤S2中，在零件的长度方向每300mm开设一条应力释放槽，在宽度方向没200mm开设一条应力释放槽，开槽宽度为12mm，开槽深度为

其中，T为毛坯厚度，t为薄壁板零件最大厚度。

优选地，所述步骤S4中，修面厚度的计算公式如下：

b＝T-a-t；

其中，T为毛坯厚度，a为框面应力释放槽深度，t为薄壁板零件最大厚度。

优选地，所述步骤S5中，加工时主轴转速S定额为9000r/min，加工进给速率定额为G＝3000mm/min，刀具切深d定额为2mm，立铣刀规格如下：

其中，D为立铣刀的刀具直径(12mm≤D≤20mm)，L为立铣刀的工作长度。

本申请的有益效果：

(1)本申请提出了针对薄壁板类零件毛坯残余应力释放的一整套工艺方案，其中包括了领料后的毛坯自变形抵消策略、框面加工刀具选用及切削参数定额、框面增开应力释放槽以及框面采用径向分块式加工方法等。本申请能够有效的控制多特征薄壁板零件因毛坯初始残余应力释放而导致的加工变形，解决了加工过程中的零件变形严重、加工精度控制难等问题，极大程度上保证了多特征薄壁板零件的机加质量。

(2)本申请中，对框面加工时的加工刀具和切屑参数进行了定额，避免了切削过程中切削力大，应力释放不均匀的现象，并且最后针对框面加工时，取消了修面工步，采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽，因此，有助于零件应力均匀释放，从而抑制零件变形。

附图说明

图1为本申请步骤流程图；

图2为本申请毛坯自变形抵消策略示意图；

图3为本申请毛坯框面增开网格状应力释放槽示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请作进一步地详细说明，但本申请的实施方式不限于此。

实施例

参照说明书附图1，本实施例公开了一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，首先，由于毛坯初始残余应力的影响，加工前毛坯都存在一定程度的翘曲，因此，采用一种毛坯自变形抵消策略，用于抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形；然后对框面加工时的加工刀具和切屑参数进行定额，最后针对框面加工，取消传统的修面工步，采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽，具体操作如下：

S1.领取毛坯板料，然后利用百分表进行毛坯表面翘曲度判断，采用一种毛坯自变形抵消策略，用于抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形；

对于本申请实施实例，首先领取毛坯板料，毛坯板料整体尺寸为3060mm×1530mm(纤维方向沿1530mm)厚度17mm，毛坯材料为铝合金材料7050-T7451，其弹性模量E＝＝68GPa,泊松比υ＝0.346，屈服强度9.5e+007N/m2。然后，利用百分表对毛坯表面翘曲度进行判断，判断出毛坯的凹面与凸面，然后定义毛坯凹面为光面，毛坯凸面为框面，参照说明书附图2所示，图2中A为凹面则定义其为光面，B为凸面则定义为框面，通过这样的毛坯自变形抵消策略来抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形。

S2.框面锪工艺孔窝，制压紧孔，并采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽；

由步骤S1可知，毛坯的凸面为框面。首先在框面锪工艺孔窝，然后制压紧螺钉孔，最后在采用一种网状走刀方式增开网格状应力释放槽，参照说明书附图3所示，其中，长度方向每300mm开一条应力释放槽，宽度方向每200mm开一条应力释放槽，开槽宽度为12mm，因此使用直径为12mm、底角半径为1mm的立铣刀，而应力释放槽的深度a由下列公式计算所得

其中，T为毛坯厚度，t为薄壁板零件最大厚度。

S3.光面锪压紧孔窝，制工艺孔；

由步骤S1可知，毛坯凹面为光面，在光面锪压紧螺钉孔窝和制工艺孔。

S4.光面修面，采用等厚的光面修面方式。另外，光面特征精加工到位；

考虑到零件加工过程中因零件两面的材料去除率不一致，应力释放不均衡产生的变形，因此光面修面采用一种等厚的修面方式，修面厚度b的计算公式如下

b＝T-a-t；

其中，T为毛坯厚度，a为框面应力释放槽深度，t为薄壁板零件最大厚度。

S5.框面粗精加工到位，加工时对加工刀具和切屑参数进行定额，并采用径向分块式走刀方式进行框面加工；

加工时对加工刀具及切削参数进行定额，加工时主轴转速S定额为9000r/min，加工进给速率定额为G＝3000mm/min，刀具切深d定额为2mm，立铣刀规格选用如下所示

其中，D为立铣刀的刀具直径(12mm≤D≤20mm)，L为立铣刀的工作长度。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式上的限制，凡是依据本申请的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.领取毛坯板料，利用百分表进行毛坯表面翘曲度判断，采用毛坯自变形抵消策略，用于抵消零件加工过程中毛坯残余应力释放引起的变形；

S2.框面锪工艺孔窝，制压紧孔，并采用网状走刀方式增开网格状应力释放槽；

S3.光面锪压紧孔窝，制工艺孔；

S4.光面修面，采用等厚的光面修面方式，并且光面特征精加工到位；

S5.框面粗精加工到位，加工时对加工刀具和切屑参数进行定额，并采用径向分块式走刀方式对框面进行加工。

2.根据权利要求1所述的基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，其特征在于：所述步骤S1中，利用百分表进行毛坯表面翘曲度判断，从而判断出毛坯的凹面与凸面，然后定义毛坯凹面为光面，毛坯凸面为框面。

3.根据权利要求1所述的基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，在零件的长度方向每300mm开设一条应力释放槽，在宽度方向没200mm开设一条应力释放槽，开槽宽度为12mm，开槽深度为

其中，T为毛坯厚度，t为薄壁板零件最大厚度。

4.根据权利要求1所述的基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，其特征在于：所述步骤S4中，修面厚度的计算公式如下：

b＝T-a-t；

其中，T为毛坯厚度，a为框面应力释放槽深度，t为薄壁板零件最大厚度。

5.根据权利要求1所述的基于毛坯初始残余应力释放的多特征壁板零件机加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，加工时主轴转速S定额为9000r/min，加工进给速率定额为G＝3000mm/min，刀具切深d定额为2mm，立铣刀规格如下：

其中，D为立铣刀的刀具直径(12mm≤D≤20mm)，L为立铣刀的工作长度。

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