航空整体结构件加工变形控制与校正关键技术分析

作者:未知

  摘 要 在航空制造中,整体结构的加工变形是极为常见的问题,故我们需要增加变形校正这一个工序。在变形校正的过程中,因为校正操作的参数选择的不正确很容易会导致工件出现报废的情况,这对于校正工作的安全性造成一定的影响。变形控制和校正是保证航空整体结构加工精确度的重要环节,本篇文章将对航空整体结构件加工变形控制和校正关键技术进行思考分析。
  关键词 航空整体结构件;变形控制;校正技术
  科学技术的进一步发展对于航空整体结构件的加工制造有直接的影响,比如说飞机的大梁、壁板等。整体结构件的广泛应用对于飞机制造有着一定的影响,但是同时对于加工制造业而言也是一大挑战。本篇文章将对航空整体结构件加工变形控制和校正关键技术进行思考分析,旨在进一步提高航空整体结构件加工变形控制和校正关键技术的水平。
  1 航空整体结构件加工变形的原因
  航空整体结构件的制造是一系列复杂的工艺环节,加工变形影响因素是众多的。接下来将对航空整体结构加工变形的原因进行思考分析,主要有以下几个方面:
  1.1 毛坯初始残余应力的影响
  毛坯在制作的过程中,会因为受到外力或者是温度不均匀使得材料不均匀,这最终会导致它发生弹塑性变形的现象,在毛坯中会产生残余的应力。根据整体结构件生产现场和理论研究的结果可以得出毛坯初始残余应力和工件加工的变形之间有着密切的联系。在加工的过程中,毛坯初始残余应力的平衡被破坏,零件内部的应力需要重新进行分布来达到新的平衡,这会导致工件出现变形的情况。目前,钛合金材料在航空整体结构件中的应用越来越广泛,其中一部分的毛坯材料都是锻造毛坯,残余应力的分布式很不平均的,铝合金整体结构的毛坯材料是预拉伸板材,它的残余应力在分布上是具有一定的规律的,所以钛合金整体结构件加工变形的问题是较为严重的[1]。
  1.2 工件材料的特性和结构特性对于加工变形的影响
  铝合金和钛合金是整体结构件的主要使用材料,它们都具有弹性模量低的特点,像铝合金的弹性模量是钢铁的1/3。整体结构的材料弹性模量小,在切削加工中很容易产生回弹的现象,或者是让刀的现象。同时,它因为自身的刚度低、结构是不对称的,这也是它存在加工变形的原因之一。
  1.3 切削力和切削热的影响
  切削力会使得工件出现回弹变形,如果切削力大到超过材料的弹性极限,这会引起工件的挤压变形。整体结构件切削加工的过程中,因为切屑的变形,刀锯前刀面和切屑、后刀面与加工的表面之间的摩擦是比较大的,这使得已经加工表面层的温度较高,但是零件基体材料的温度低,这阻碍了零件表层产生热应力,同时也会影响毛坯中的应力分布,这进一步使得零件发生变形。
  1.4 装夹因素的影响
  机床夹具是机械加工系统中的负责定位和约束工件的。针对刚性低的工件,夹紧力是十分重要的。在整体结构加工的过程中,夹紧力和切削力之间的波动效应会产生耦合作用,这会使得加工应力和工件内部残余应力重新分布,这会影响工件的变形。
  1.5 加工路径影响
  加工路径的不一样会使得工件内原有的残余应力释放顺序和工件的不同刚度特点发生变化后产生形变。加工的过程中,毛坯的材料被切除,工件的刚度会变小,这时会产生新的残余应力。多种因素的影响下回使得工件出现不同情况的变形,不同的走刀路径会使得工件的刚度发生不同的变化,最终影响工件的加工变形[2]。
  2 航空整体结构加工变形的校正技术
  上文对于航空整体结构件加工变形的原因进行思考分析,主要有毛坯初始残余应力的影响、工件材料的特性和结构特性对于加工变形的影响、切削力和切削热的影响、装夹因素的影响和加工路径影响这几个方面。接下来将根据这些信息并结合工作中的实际情况对航空整体结构加工变形的校正技术进行思考讨论,主要有以下几个方面:
  2.1 反弯变形校正安全校正荷载的确定
  整体结构件数控加工变形校正的时候,其中极限荷载的计算和确定是十分重要的。通过数据研究可以对校正过程中的荷载位移关系曲线关系有一定的了解,比如在反弯变形校正中有着很大的作用,具体的情况需要根据实际情况开展实验研究。比如说利用A17050-T7451矩形截面梁来进行三点压弯的分析,我们可以得到压力-挠度曲线,从这些数据中可以发现当工件压弯的最大挠度下,工件会出现压断的情况。工件挠度曲线的弹性增长阶段和压力轴的夹角为称为弹性变形夹角,工件最大位移点到原点的连线和压力轴之间的连线被称为安全极限夹角,这两个角的角度大约是两倍的关系。工件受到的压力增大,工件的挠度会上升,工件的弹性恢复也是上升的趋势。弹性回复曲线和压力轴的夹角是弹性变形夹角,从实验中可以发现安全极限角的大小是弹性变形夹角的2倍。
  2.2 基于应力再发布薄壁结构件变形校正
  当工件形状比较复杂的情况下或者是不便于施加着力面的时候,反变形校正的方法会受到一定的限制,像薄壁结构件会提早出现报废的情况,这对于反变形校正工作带来了一定的困难。针对这个问题可以采用基于滚压应力调整表现校正的理论和方法,它是利用滚压正压下位移量的定量计算和极限校正载荷来进一步完善相关数据。利用科学技术我们对数字化零件变形的数据更加精准,这可以使得航空整体结构件的变形校正发展更加科学化。根据残余应力的分布和变形量的数据,可以对现有的合理参数进行校正,这可以避免因为人为因素所产生的较大的不稳定因素,这在一定程度上提高了校正的准确度[3]。
  3 结束语
  总的来说,整篇文章对航空整体结构件加工变形控制和校正关键技术进行思考讨论,其中后者主要有反弯变形校正安全校正荷载的确定和基于应力再发布薄壁结构件变形校正这两个方面。我们需要更加重视整体结构件的加工变形校正研究,针对大型的飞机项目,变形校正的问题会更加明显,这需要工作人员进行系统的分析后采用科学、安全稳定的校正理论和方法。
  参考文献
  [1] 夏灵,杨吟飞,郝秀清,等.基于能量转化规律的加工变形控制方法研究[J].工具技术,2018,52(10):18-21.
  [2] 缪伟民.整体薄壁结构件数控加工变形控制技术进展[J].機械制造,2018,56(3):1-3,27.
  [3] 刘振东,李凯旋.铝合金薄壁件加工过程中的变形控制[J].中国科技投资,2017,(23):284.
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