超大型鈦板整體加工變形控制流程及加工變形控制效果

超大型鈦板類零件長徑比很大，加工過程中容易造成零件側(cè)彎，導(dǎo)致真空泄漏，零件反彈，從而造成零件加工超差。所以控制零件的側(cè)彎也是非常重要的，為保證加工的穩(wěn)定性，在加工過程中采用多個限位插銷定位零件的方式來防止側(cè)彎。

超大型鈦板類零件的毛坯采用大型預(yù)拉伸鈦板材，毛坯整體重量可達到5~6t，在存放及運輸過程中，由于振動、溫度變化等因素的影響，毛坯本身容易產(chǎn)生很大的變形，對裝夾定位帶來很大的影響。如一塊19000mm×1500mm×75mm的毛坯經(jīng)過存放、運輸后，變形量最大達到8mm，呈現(xiàn)“拱起”的狀態(tài)，使得零件無法裝夾到平臺上去。因此，對毛坯的變形進行處理是非常重要和必要的。采用大余量去除余料對毛坯進行開槽的方式來消除毛坯的變形，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征，在保證加工余量的前提下，去除毛坯的余料部分達到毛坯總量的40%左右。大余量去除余料后，毛坯的殘余應(yīng)力得到很好的釋放，零件變形減少，控制在1mm左右，而且毛坯重量大大降低，降低了零件翻面等操作帶來的困難。大余量去除余料對機床和刀具沒有特殊的要求，而且加工效率較高，不僅解決了毛坯變形的問題，而且提高了零件加工的整體效率。

粗加工
粗加工在保留精加工余量3mm的要求下，形成零件的基本輪廓，零件的基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。經(jīng)粗加工后，對零件進行48h自然時效，充分釋放應(yīng)力。粗加工主要是為了消除零件結(jié)構(gòu)特征帶來的應(yīng)力釋放而造成的變形，粗加工后的余量要滿足精加工的要求并保證精加工去除余量后不會造成大的變形，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點的不同，一般將粗加工余量設(shè)置為3~5mm。經(jīng)過粗開毛坯和粗加工后，零件毛坯的殘余應(yīng)力90%以上都得到了釋放和均布，并形成了以零件理論尺寸為基礎(chǔ)、均布3~5mm余量的“模坯”，在這種情況下，才能滿足精加工的要求，在小余量精加工的環(huán)境下才能保證零件的加工精度。

精加工準備
粗加工結(jié)束后，對零件進行自然時效，然后進行真空裝夾。由于零件長度方向沿毛坯的纖維方向，在毛坯出去余料及粗加工過程中，切削方向也主要是沿纖維方向，所以在零件長度方向變形量稍大，為滿足精度要求需在精加工前進行判斷并調(diào)整精加工工藝。

應(yīng)用在線測量技術(shù)在機床工位上對零件兩端進行在線檢測，測量粗加工效果，為精加工做準備。根據(jù)實際零件的伸長或縮短的變形量，預(yù)判最后零件的變形情況，再相應(yīng)調(diào)整加工兩端的偏移量，以達到對零件最終零件伸長或縮短量的控制。實際加工過程中通過該方式將最大的伸長或縮短的變形0.5mm控制到0.2mm以內(nèi)，達到了比較好的效果。

精加工工藝
通過精加工將形成零件的最終尺寸，因此精加工過程是非常重要的。由于零件尺寸巨大，而且結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，所以在精加工過程中要對工藝進行科學(xué)的設(shè)置。如圖4所示，分別對某局部結(jié)構(gòu)進行加工過程的等效分析，單向的加工容易造成零件應(yīng)力“推積”而造成變形積聚。對加工的順序進行調(diào)整安排，采用往復(fù)加工的方式能夠很好地均化應(yīng)力而減少變形，其效果是非常明顯的。因此制定精加工工藝時，采用“局部往復(fù)、總體無序”的加工方式，把零件分為幾個區(qū)域，區(qū)域內(nèi)采用往復(fù)加工的方式，區(qū)域間采用對稱的順序，從而減少零件的變形。

全過程加工變形控制的思路適用于尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工周期長、造價昂貴的結(jié)構(gòu)件的加工，對于此類零件而言，加工變形控制直接決定了加工結(jié)果。對于大飛機研制而言，超大型鈦板類零件的加工精度有非常重要的意義，所以控制加工變形是非常重要的。這種控制加工變形的工藝方法也是具有重要意義的。實踐生產(chǎn)表明，零件長度達到19m左右的超大型鈦板類零件應(yīng)用整體加工變形控制的工藝，變形問題得到了很好的解決，零件整體加工精度達到0.2mm左右，達到了大飛機研制的要求，這種加工變形控制方法也有很好的推廣應(yīng)用價值。