航空铝合金结构件数控加工变形及控制

【摘 要】随着航天工业数字化设计以及制造技术的迅速发展，飞机设计结构也发生了变化，对现代飞行器的性能要求逐渐的提高，航空结构件的整体化成了一种发展趋势，以铝合金材料为主的整体结构件已广泛应用于航空航天领域。本文分析了当前我国的航空铝合金结构件数控加工变形的现状和存在的一些问题，并根据具体情况和影响铝合金结构件加工变形的一些主要因素提出了相关的控制措施。

【关键词】航空铝合金；结构件；数控加工变形；控制

铝合金的耐蚀性好、密度较小、有较好的成形性、而且其资源丰富、数据充分、成本不高，性能也在逐年不断地提高，因此现代民用大型飞机中铝合金是不可缺少的主要材料之一。

航空整体结构件数控加工变形的问题涉及到了材料成型加工、力学、机械制造以及切削加工等多个学科领域。对飞机零件进行薄壁化设计可以有效地控制飞机的重量，结构的整体化可以大大的影响生产效率和制造的成本，还可以减少零件的数量以及连接装配的工作量，但由于大型航空整体结构件形状复杂以及整体的刚性较差等，这就导致了在零件加工的过程中容易产生变形，因此我们应该重视切削加工工艺的提高，不断地创新和优化其加工工艺，进一步控制大型整体结构件加工过程中的变形。

1.浅析航空铝合金结构件数控加工变形的现状

随着经济的发展和时代的进步，一些现代大型的商用客机对于性能的要求也在不断地提高，普遍的采用了直接掏空那些整块的大型的毛坯，然后加工成复杂的整体结构，如一些减轻孔、筋条、槽腔等，此种方法多运用于大部分骨架零件尤其是主承力结构件上。但是由于结构件加工的整个过程周期比较长，加工的精度和质量都很难控制，切削加工时易受到一些因素的影响从而产生变形，因此当前航空制造业所面临的一个重要难题就是实现高效率、高精度和高可靠性的切削加工。航空制造业对于零件的质量和精度要求都非常高，它对于形位的误差以及加工的精度甚至比汽车制造业要高出许多，虽然航空所用的铝合金材料具有较好的可削性，但对于航空铝合金的高效切削加工研究也是目前面临的一个焦点问题，解决大型航空整体结构件的关键技术是高效加工的工艺，也就是切削工艺优化与高速加工技术的有效结合。所谓的高效加工技术即为了保证加工的精度以及便面的质量从而在加工过程中运用短而有效的单件加工时间和高材料去除率，而其中高效的切削技术是实现高效加工工艺的关键技术。

我国航空制造业的技术水平起步较晚，在飞机整体薄壁结构件制造方面，技术水平仍旧不够高，主要还是以传统的制造业为主，一部分的工作人员仍旧以之前的那些旧的切削工艺和主轴转速进行结构件的加工。但随着经济的不断发展和科学技术的进步，我国的航空飞机制造业在近些年也得到了迅速的发展，在以往时间的基础上进行不断地总结和改进，并且一些大型的飞机制造企业大力投资引进了一些先进的设备和高端的自动化水平，而且建立了一些大型的高速加工中心，进一步为飞机制造业的发展提供了有利的环境条件，其发展水平已经逐渐向一些发达国家迈进，但是在我国的高速切削水平上，与其他发达国家相比，还存在着一定的差距，主要是缺少更多的高速加工技术的支撑，没有发挥出潜在的一些高精度、高效高速的生产能力。

2.影响航空铝合金结构件加工变形的主要因素

就目前情况来看，在整体的加工过程中存在了很多的问题，它在选择加工参数的时候比较保守，从而出现一些不合理的状况，而且在确定加工工艺的时候缺乏了一些相关理论研究的支撑，在确定加工工艺的时候是在以往经验的基础上运用了试切的方式，这种方法降低了结构件加工的效率，使高速加工中心的性能不能得到充分的发挥。从铝合金结构件数控加工过程中存在的问题深入研究分析，进一步总结出了引起整体结构件加工变形主要分为三个方面的因素。

（1）航空铝合金的在切削的过程中容易产生回弹，尤其是在在大型的薄壁结构件中，这种回弹的现象更严重。此外，还有一个使整体结构件产生较大变形的内在因素是由于航空整体结构件的形状复杂、薄壁部位比较多、几何结构不对称以及自身的刚度较差等等。

（2）在航空整体结构件进行工艺加工的流程中，铝合金预拉伸板要经过轧制、固溶、拉伸以及时效等等一系列的工艺流程才能使机械性能可以达到理想的效果，但在加工的过程中原来的应力自平衡会在材料的不断去除导致板内残余应力发生释放和重新分布的影响下遭到严重的破坏，然而要想使遭到破坏的应力自平衡重新恢复正常，达到新的平衡状态，只有通过工件进行变形。

（3）工件与刀具的接触部分会在切削力的作用下发生变形，而材料也会在刀具的作用下不断地被切除，而且在薄壁的部分，特别影响加工精度的是工件由于产生回弹效应而出现的让刀现象。这种现象的产生会影响到薄壁部分的加工精度。此外，刀具会影响被切削的材料，使其发生弹性和塑性变形从而消耗功，最终产生大量切削热，发生热变形。

3.控制铝合金结构件数控加工变形的一些措施

优化加工工艺和改进装夹系统，是控制大型整体结构件加工过程中变形的最有效的策略。优化的控制策略一般可以分为两大类，第一种是以侧壁加工为主要特征的加工，其控制策略分为三方面：一是为了使零件局部保持高刚度，采用分层环切的刀具路径。二是为了避免由于让刀而造成的加工误差，可以根据具体不同的加工情况选择逆铣方式，而采用顺铣方式可以避免产生过切的现象。三是在选择刀具的时候要合理的选择道具的参数，也就是要选择带有一定圆角的刀具来进行侧壁的加工工艺。第二种是以底面加工为主要特征的加工，其控制策略分为三个方面：一是为了在加工过程中使零件局部保持刚度，可以采用中心环切的刀具路径。二是在选择刀具的时候，为了使加工过程中的轴向力较小，尽量不选用那些带有圆角的刀具。三是为了减小加工过程中的底面变形，要选择真空夹具装夹。

4.结束语

有效的控制和解决航空整体结构件加工变形的问题成为了如今航空制造领域中最关键核心的技术问题，而通过一些高效的切削技术和对工艺参数的合理选择以及有效的改进装夹系统等等，都能够有效的控制结构件的加工变形，也能够使航空整体结构件达到高效精密加工的效果。各大航空制造企业应该总结以往的实践经验和不足，在引进国外一些先进高端技术和设备的基础上，不断地进行自主研究创新，并借助当前一些研究所和高校的技术、研究条件以及人才的优势，进一步的实现航空整体结构件的精密高效加工。 [科]

【参考文献】

[2]张阁.航空整体结构件数控加工变形补偿与软件开发[D].山东大学，2014.