成远清
中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066
摘要：本文针对航空薄壁件加工变形的影响因素展开分析，内容包括初始残余应力、刀具作用力影响、工件装夹方式、切削条件限制、机床相关参数等，通过研究做好变形补偿工作、优化原有工艺路线、优化刀具切削参数、完善工件装夹方案、建立仿真应用模型等策略，其目的在于降低航空薄壁件加工变形的发生几率，提高航空薄壁件的生产质量。
关键词：航空薄壁件；残余应力；切削条件；工件装夹方式
在数控加工航空薄壁结构件之前，应该在计算机辅助工程分析法的基础上合理分析变形情况，同时对于影响加工过程的因素展开分析，以免出现零件变形现象。基于此，航空部门应该针对结构件变形现象制定应对措施，对结构件加以完善，确保飞机的整体性能。本文重点分析了航空薄壁结构件数控加工变形控制策略，希望能够给予有关单位一定帮助。
1 航空薄壁件加工变形的影响因素
结合以往的应用经验可以得知，影响航空薄壁件加工变形的因素相对较多，如初始残余应力、刀具作用力影响、工件装夹方式、切削条件限制、机床相关参数等，从中挑选几类影响因素进行详述，具体的分析内容如下：
1.1初始残余应力
在航空薄壁件生产的过程中，由于材料在受到外界压力时，会在局部出现形变的情况，而且受到不均匀力的影响也会出现相变的问题，进而导致工件内部出现残余应力的问题。在正式加工之前，工件内部的残余应力应该处于一个比较平衡的状态，整个截面上的合力矩均能满足如下公式：（1）adA=0；（2）dM=0，其中a表示单位面积上的残余应力；A表示结构截面面积；M表示结构应用期间的力矩。在切削工作开展的过程中，本身该过程就属于一个加工材料被逐渐切削的过程，并且在从过程中，结构内部的残余应力也会逐渐被释放到外界，同时零件原有刚度也会不断发生变化，逐渐达到新的平衡点，以满足系统的正常应用需求。
1.2刀具作用力影响
在工件切削加工过程中，刀具对工件的作用主要体现为以下两个方面：（1）切削热：在切削过程中，克服材料的弹性变形、塑性变形和刀具与工件之间的摩擦所做的功大部分转化为切削热，造成零件各部位温度不均匀，使零件产生变形。在具体的控制过程中，需要对刀具的切入深度、切入情况进行合理控制，同时还需要做好刀具应用期间，残余应力的变化情况控制，从而提高结构运行过程的可靠性，减少切削热带来的影响。（2）切削力：刀具的切削分力使零件表面在弹性恢复后产生不平度。由于薄壁工件结构复杂，加工时不可能采用同一切削用量。还有不同位置壁厚的不均性，造成了在各个加工位置，工件在切削力作用下的变形量并不一样。零件表面弹性恢复后，受到前期去切削过程所带来的影响性，很容易造成加工壁厚误差[1]。另外，在切削过程中，由于切入深度、切入速度等参数超过了结构所承受的具体强度，这也导致了结构切屑出现了较大的形变，而且在应用过程中，很容易出现一些应用类问题，如边缘圆滑度较低、材料波动性较强等，这也降低了结构最终的成型质量。
1.3工件装夹方式
进行薄壁件加工处理时，受到工件装夹方式的影响，很容易导致结构出现大幅度形变的情况。导致此类情况出现的主要原因在于，薄壁零件本身的钢性相对较差，那么在工件加工的过程中，所产生的弹性变形也会对结构表面尺寸的精准度、应用形状等参数带来较大的影响性[2]。并且在过程中，结构夹紧力与支承力会受到作用点选择情况的影响，导致结构在加工过程中产生一些附加应力，从而影响到构件最终的成型效果。另外，因为航空零件本身的强度相对较低，因此在装夹过程中，如果单次提供的装夹力过大，那么在后续应用中，也将会导致一些潜在问题的出现，如零件出现过度形变、破损等情况，这也增加了生产过程中的破损率，降低了产品生产后的合格率。
1.4切削条件限制
在工件加工处理的过程中，需要根据实际情况切削条件包括了加工速度、加工深度、切削进量等因素，这些内容也会对结构加工带来较大的影响。以切削速度为例，如果切削速度过大，那么工件在加工过程中，所产生的切屑状态也比较差，高低、齿形的差异性也会显著提升，这样的话会影响到工件的生产精准度，降低工件生产的合格率。对此，需要在航空薄壁件生产过程中，对于切削速度的合理范围进行控制，以此来提高切削过程的合规性，提高切削结果的精准度[3]。而且在切削速度最佳范围的管理过程中，也需要通过组建试验来进行获取，做好试验过程的记录工作，对于一些潜在的干扰因素也需要做好优化处理工作，从而降低了这些干扰因素所带来的负面影响，提高了系统应用过程的可靠性。
1.5机床相关参数
除了上述提及到的影响因素外，在具体的应用过程中，机床参数也会带来一定的影响，具体可以分为以下几类情况：第一，启动机床之后，机床的实际运行功率，从机床构造情况来看，机床的运行功率越高，那么所产生的动能也越高，那么此时也会增加结构的切削速度，之前的章节已经提到，切削速度的增加，将会导致结果切屑变得不规范，影响到材料最终的加工处理结果。第二，机床在生产过程中的控制精度和几何精度，控制精度主要是以系统控制为主，目前常用的机床控制方式有PID控制、集中控制等，以此来提高操作过程的完善性。而几何精度则是指系统在运行期间，加工零件时所产生的精准度误差，考虑到航空工件的特点，其精准误差要求需要控制在毫米级别，从而起到提升机床控制参数的作用。
第三，机床刚度，目前所使用的航空工件，大多数都是以硬质金属为主，如一些合金类产品，那么在对其进行切削处理时，需要匹配相应硬度等级的切削刀具，如果切削刀具无法满足要求，那么也将会降低生产过程的合规性和零件生产质量[4]。
2 航空薄壁件加工变形的应对策略
2.1做好变形补偿工作
在对航空零件进行变形处理时，其首要的任务便是先做好结构变形补偿的相关工作。通过做好变形补偿工作，可以对工件形变情况进行优质处理，从而提高工件生产结果的合格性。在对其进行处理时，需要对工件的形变情况进行客观分析，明确导致此类问题出现的主要原因，结合以往的经验可以得知，从本质情况上来看，工件在切削过程中出现了形变的情况，其实是工件内部应力平衡态受到了破坏，从而使工件处于一个不平衡的状态[5]。针对此类情况，在对其进行处理时，常用的方法便是对原有的加工路径进行优化，控制好刀具的切削速度、切削深度、进给量等参数，而且还需要在前期组建有限元模型，对于结构的回填量进行合理分析，借此来抵消结构生产过程中所产生的回弹误差，进而提高工件加工质量，确保结构内部应力可以处于平衡的状态。
2.2优化原有工艺路线
除了做好补偿工作外，还需要对原来的工艺路线进行适当优化，借助已经优化处理的工艺路线，对于工件加工过程中出现的形变情况进行合理控制，并且该工作的进行，也能够降低装夹方式所带来的一些影响，从而提高加工结果的可靠性。在具体的落实过程中，工艺路线的优化可以分为以下两部分内容：第一，做好前期工件结构的粗加工工作，借助合适的装夹方式、切削刀具，对于原材料进行加工，使其能够初步形成零件的初状态。而且在粗加工阶段，零件的尺寸也需要略大于既定尺寸，这样可以留出修改空间，从而提高粗加工后零件的有效性。第二，进行工件的精加工处理工作，在具体的应用处理环节，会借助机床对于机械参数、几何精度进行控制，逐渐切削成所需零件的形状，而且在此过程中需要对切削深度、切削速度、刀具参数等，以此来提高分析结果的可靠性，提升工艺本身的应用效果[6]。
2.3优化刀具切削参数
通过优化刀具切削参数，能够对工件加工过程进行优化处理，同时还可以提升工件加工水平，降低误差问题的发生几率。结合以往的处理经验，在实际应用中，各参数内容满足于以下公式：V=f·n·a，其中V表示刀具的进给速度，计量单位是mm/min；f表示刀具每次的进给量，计量单位是mm/齿；n表示刀具在运行过程中系统的主轴转速，计量单位是r/min；a表示刀具上已有齿数，计量单位是个。根据该公式来完成相关参数的计算工作，并且在切削的过程中，也需要遵循“少切快跑”的原则，以此来稳定工件的加工过程，提高加工结果的实用性[7]。另外，在刀具处理过程中，也需要做好不定期检修工作，从而提高刀具加工结果的可靠性，提高工件的加工质量。
2.4完善工件装夹方案
通过完善工件装夹方案，可以对工件本身的应用强度做好分析，从而起到调整结构形变量的作用。从实际应用情况来看，其首要任务也是对航天工件的基本要求进行应用分析，从而判断出合理的结构形变量情况，找出整个加工阶段，工件结构最为薄弱的位置，利用这些参数信息，来完成结构形变量的计算工作，从而筛选出合适的夹紧方式、夹紧方案等。而且在此过程中，还需要做好结构受力分析的相关工作，基于基础工艺参数来完善加工过程，减少形变问题的情况[8]。另外，在机床加工的过程中，也需要对整个振动情况进行优化处理，而且对于机床的工作参数也需要做好控制工作，以此来控制好结构应用参数，提高工件最终的施工效果。
2.5建立仿真应用模型
通过建立仿真应用模型，可以更快的发现目前结构中存在的问题，加快相关问题的发现速度。一般情况下，航空零件的复杂程度相对较高，而且零件的组成部分也非常复杂。如果直接对复杂构件进行计算，因为相互间零件复杂程度较高，很容易降低计算结果的准确性。对此也需要对其进行简化处理工作，将一些零件平面内容进行简化，同时将每个单独面作为计算时的参考模型。将结构的平面差和垂直误差控制在合理范围内，从而提高计算结果的实用性，节省参数计算过程中所消耗的时间成本[9]。另外，在机床加工的过程中，也需要对整个振动情况进行优化处理，而且对于机床的工作参数也需要做好综合管控工作，以此来提升结构应用参数可靠性，提高工件最终的加工效果。
结束语
综上所述，做好变形补偿工作，可以对工件形变情况进行优质处理，优化原有工艺路线，可以对工件形变量进行有效控制，优化刀具切削参数，能够优化工件的加工过程，完善工件装夹方案，可以提高工件的应用刚度，建立仿真应用模型，可以更快的发现目前结构中存在的问题。通过采取可靠措施来合理控制工件形变情况，对于提高工件生产合格率有着积极地作用。
参考文献
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