探究薄壁梁类零件加工工艺方法

探究薄壁梁类零件加工工艺方法

栾春宇

沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁 沈阳

摘要：薄壁零件质量轻、结构紧凑，应用广泛，不过薄壁零件刚性差，容易在加工过程中出现切削振动，影响产品生产质量，降低产品加工精度。本文通过简述薄壁梁类零件的特点和加工技术难点，针对某机纵梁进行加工工艺分析，选择合适的数控机床与刀具切割参数，规范数控加工工艺流程，优化加工工艺方法，为提高薄壁梁类零件的加工质量、优化零件加工工艺提供理论借鉴。

关键词：薄壁梁类零件；相对质量轻；刚性差；刀具切割参数

随着人们生活水平的提高，选择航空出行的人数不断增加，航天企业需要优化飞机性能，提高优质的服务，薄壁梁类零件由于质量轻、结构紧凑，被广泛应用于现代飞机设计，成为航天企业优化飞机整体性能的重要部分。不过薄壁梁类零件结构复杂、横截面积小、闭角角度大，加工难度大，需要突破的技术难点多，零件加工工艺不科学容易增加零件径向切削力和热变形，影响零件生产质量，降低企业经济效益，为此需要结合梁类零件特点，优化零件加工工艺，攻克加工技术难点，提高零件加工精度。

1. 薄壁梁类零件的特点与技术分析

1.1零件特点分析

薄壁梁类零件性能好，质量较轻，整体横截面积小，结构复杂且外廓壁薄，是典型的薄壁零件。其中某机纵梁加工尺寸精细，零件精度高，整体厚度尺寸偏差小，变化幅度仅为0.2mm，外形呈现“L”型，结构复杂，内外表面都是曲面或双曲面，与“工”型的梁类零件结构差异大，属于结构特殊的梁类零件，腹板厚度为2.5mm，缘条厚度为4.5mm，两者夹角成68°，外廓尺寸远大于截面尺寸，并且零件高低变化区间大，为36mm-72mm，如图1。此外，纵梁零件结构端头不封闭，是开敞结构，零件内外侧没有筋条支撑，纵深达36mm，毛重为74.42kg，经过加工处理后零件金属去除率达98.1%，加工重量仅为1.37kg，铝合金板材的去除率大，因此某机纵梁零件闭角角度大，金属去除率高，整体刚性好，质量相对较轻，一般位于某机中央翼于前机身的连接位置，是某机结构组装的重要零件^[1]。

图1梁类零件结构

1.2零件技术分析

某机纵梁零件结构复杂，薄壁精度要求高，缘条尺寸小，加工难度大，容易影响产品质量，对车铣复合加工中心的要求高，需要匹配相应的数控加工技术。一般情况下，纵梁薄壁零件加工需要攻克4类技术难点，如零件加工尺寸精度高，容易产生颤动的现象，难以保证零件所需的厚度尺寸，降低薄壁梁类零件的加工质量；同时零件闭角区域角度较大，上下面的高度较小，可供加工的区域狭小，需要配备长直径的刀具进行零件深度加工，这对加工工艺提出严格的要求，并且闭角呈现锥形弯曲，在使用立铣刀对零件进行粗加工后，需要精加工的余量大，区域分布不均匀，需要进一步精铣内形，优化零件内部加工，增加刀具车削量，容易折断刀具，影响刀具使用寿命，破坏零件加工完成面，降低产品加工效率^[2]。

薄壁梁类零件在加工第二面时，需要考虑闭角区域的结构特点，降低数控机床主轴与机床自身的真空平台对摆角加工的干涉，提高零件加工的精度，对此可以采用方箱对零件的摆角进行加工，不过方箱没有真空吸附功能，难以保证零件厚度尺寸加工，从而提高零件加工系数，增加零件加工难度；此外，纵梁零件材料为铝合金板材，需要进行去除97%的余量加工，由于进行单面余量去除加工，容易导致数控加工应力释放不均匀，造成零件表面变形，影响零件加工质量，增加企业加工成本。

2. 薄壁梁类零件加工分析与技术解决方案

薄壁梁类零件的加工工艺影响零件加工质量，企业需要针对零件表面变形问题与闭角处圆角加工处理问题，进行工艺安排，选择合适的数控机床，优化刀具切削参数，充分考虑工艺流程、工艺方法对零件的加工的影响，标准化数控工艺流程，调整工艺技术解决方案。

2.1数控机床选择与刀具切削参数选择

薄壁梁类零件相对质量轻，表面刚性容易受径向切削加工以及热变形的影响，产生切削振动，降低零件加工质量，为此可以选择高速切削的方式加工梁类薄壁零件，方便高速流出的切屑带走车铣产生的90%以上热量，降低零件表面累积的加工热量，从而减少热变形对梁类零件的影响。此外，零件闭角区域的圆锥加工可以采用C角大于闭角角度的五坐标数控机床来实现，针对某机梁类薄壁零件加工可以选用意大利生产的K211高速铣机床，主轴达24000r/min转速，用于中小型零件的加工，机床AC角摆角方式，C角范围为正负200度。

零件进行切削加工，容易增加刀具表面与零件加工面的摩擦与挤压，产生大量的切削热，引起零件热变形，特别是刀具的切削深度过深、走刀量过大的时候，冷却不及时，容易磨损刀具，增加刀具的切削力度，影响产品加工质量，为此可以结合2齿刀具的使用特点，根据公式VC=ΠDn/1000，设置科学合理的刀具切割参数，增加刀具切割寿命，提高产品加工效率。

2.2数控工艺安排与工艺技术解决方案

薄壁梁类零件内外表面加工工艺不同，加工余量分布不均匀，需要根据零件要求先加工余量小、变形量小的第一面，方便腹板的加工，维持零件刚性，再加工第二面，避免影响腹板厚度加工，具体数控工艺安排如下：设置第一面的定位面为梁类零件的底平面，数控机床采用真空吸附的装夹方式，对零件第一面的下陷部分以及局部外形进行加工；第二面利用方箱进行摆角加工，粗铣零件内外形及缘条高--精铣缘条高、外形--补铣外形--精铣内形、腹板--粗铣凹槽区域--按层次行切内形。

依据零件刚性特点，控制粗加工余量，增加2mm径向余量，3mm轴向余量，降低零件壁厚对刚性、变形量的影响，减少零件切削振动，增强零件刚性；切削方式分粗细加工，粗加工采用登高、环切加工材料，降低变形量，闭角精加工根据刀具参数选择合适的刀具进行粗铣、分层行切加工，避免刀具过长引发的弹刀现象，降低零件变形量；针对零件闭角区域进行毛料高度预处理，避免过高的毛料影响刀具切削，甚至折断刀具、碰伤零件，一般毛料预处理的高度为20mm；此外，采用三维模拟的方式确定均布压板的位置，保证腹板加工厚度，可以通过考察确定主轴的三维数模，根据编制的闭角处内形精铣程序来绘制长度两端最大角度的草图，结合三维数模与角度草图得出主轴位置，确定均布压板的位置^[3]。

三、结语

航天薄壁零件结构复杂，加工技术难点大，需要克服曲面切削、闭角角度车铣等加工难点，预防零件出现加工变形、切削振动等问题。企业可以通过加大薄壁梁类零件加工的研究力度，针对薄壁梁类零件的技术难点、复杂加工进行分析，引进经过试验的工艺流程，规范工艺流程的零件加工安排，制定切实可行的零件加工方案，优化薄壁零件加工流程，提高薄壁零件加工效率，增强企业的经济效益。

参考文献：

1. 周倩. 一种薄壁类零件的数控铣夹具设计[J]. 今日制造与升级,2020,(10):92-93.

2. 李正望,张建丽,刘国航.某大型薄壁零件的加工工艺方法研究[J].机械工程师,2016:264-265.

3. 孙伟娜.薄壁梁类零件加工方法探究[J].装备制造技术,2014:104-106.