超大型鈦板類零件加工變形控制工藝方法

國產(chǎn)大飛機(jī)是我國航空工業(yè)現(xiàn)在和未來重要的發(fā)展方向之一，大飛機(jī)的研制需要相關(guān)高、精、尖技術(shù)的支撐。超大型鈦板類零件是指在大飛機(jī)中普遍采用的尺寸超大（長度方向達(dá)到20m）的整體鈦板零件，這種零件具有尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的特點，成為大飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造的難點之一。超大型鈦板類零件是大飛機(jī)研制中采用的重要結(jié)構(gòu)之一，多用于大飛機(jī)的機(jī)翼或地板等。超大型鈦板由于尺寸巨大，加工去除率很高，對加工過程中的變形進(jìn)行控制是非常重要的。本文結(jié)合實際，提出了一種整體控制超大型鈦板類零件加工變形的工藝方法，對于提高大型鈦板類零件的加工質(zhì)量和效率具有非常重要的意義。

超大型鈦板類零件一般具有異型孔、加強(qiáng)筋條等整體結(jié)構(gòu)，由于尺寸精度要求較高，大多采用數(shù)控加工的手段完成制造。我國國產(chǎn)大飛機(jī)研制中采用了超大型鈦板類零件的結(jié)構(gòu)，其精度要求如下：腹板和筋條厚度公差為±0.15mm，筋條高度公差為±0.2mm，鈦板外表面貼平臺，翹曲不大于5mm，不允許有鼓動。對于超大型整體結(jié)構(gòu)件的加工而言，要滿足以上精度要求，必須要有科學(xué)合理的加工變形控制技術(shù)，以滿足加工的要求。


對超大型鈦板類零件的整體工藝進(jìn)行分析，其毛坯采用全尺寸的大型預(yù)拉伸鋁合金板材，最終形成“一面光面、一面結(jié)構(gòu)”的非對稱整體鈦板類零件，一般情況下，材料去除率達(dá)到95%左右。預(yù)拉伸鋁合金板材在加工過程中形成的加工變形主要是由于殘余應(yīng)力釋放造成的，特別是尺寸超大型的結(jié)構(gòu)件，在大去除率的加工過程中，如果不能很好地處理殘余應(yīng)力釋放的問題，容易造成零件加工過程中及加工后的大變形，從而導(dǎo)致尺寸超差或者產(chǎn)品不滿足要求而報廢。

結(jié)合超大型鈦板類零件的加工流程設(shè)置了如下的加工變形控制整體工藝流程。工藝流程包括：大余量開槽腔、定位面精加工、粗加工、自然時效、真空裝夾、在線測量余量和精加工等。其中大余量開槽腔的主要作用是釋放毛坯殘余應(yīng)力，該工序不形成特征尺寸，主要是通過快速去除大余量材料來釋放毛坯本身的殘余應(yīng)力，是控制變形的關(guān)鍵工序；定位面精加工、粗加工和自然時效是釋放粗加工殘余應(yīng)力，進(jìn)一步釋放殘余應(yīng)力，這一工序的加工已形成均布余量的零件毛坯，加之自然時效的作用，更加容易控制加工變形。真空裝夾和在線測量余量是精加工工序的工藝準(zhǔn)備，真空裝夾是一種保證零件穩(wěn)定的裝夾方式，通過在線測量獲得經(jīng)過粗加工和自然時效后的余量變化情況，從而調(diào)整加工工藝，以保證特征尺寸的精度，準(zhǔn)備完成后就進(jìn)行精加工工序來完成鈦板的加工。

以上流程貫徹超大型鈦板類零件加工的每一個工序，每一工序都考慮了釋放應(yīng)力和均布應(yīng)力以控制零件的加工變形，無論在不形成特征尺寸的粗加工工序還是在控制尺寸精度的精加工工序，都把變形控制作為零件加工的重要內(nèi)容進(jìn)行分析和考慮，從而達(dá)到整體控制加工變形的效果，控制加工變形是保證零件加工精度的首要因素。