超大型鈦板類零件加工變形控制工藝方法

國產大飛機是我國航空工業現在和未來重要的發展方向之一，大飛機的研制需要相關高、精、尖技術的支撐。超大型鈦板類零件是指在大飛機中普遍采用的尺寸超大（長度方向達到20m）的整體鈦板零件，這種零件具有尺寸大、結構復雜、精度要求高的特點，成為大飛機結構件制造的難點之一。超大型鈦板類零件是大飛機研制中采用的重要結構之一，多用于大飛機的機翼或地板等。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行控制是非常重要的。本文結合實際，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、加強筋條等整體結構，由于尺寸精度要求較高，大多采用數控加工的手段完成制造。我國國產大飛機研制中采用了超大型鈦板類零件的結構，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。對于超大型整體結構件的加工而言，要滿足以上精度要求，必須要有科學合理的加工變形控制技術，以滿足加工的要求。


對超大型鈦板類零件的整體工藝進行分析，其毛坯采用全尺寸的大型預拉伸鋁合金板材，最終形成“一面光面、一面結構”的非對稱整體鈦板類零件，一般情況下，材料去除率達到95%左右。預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力釋放造成的，特別是尺寸超大型的結構件，在大去除率的加工過程中，如果不能很好地處理殘余應力釋放的問題，容易造成零件加工過程中及加工后的大變形，從而導致尺寸超差或者產品不滿足要求而報廢。

結合超大型鈦板類零件的加工流程設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力，是控制變形的關鍵工序；定位面精加工、粗加工和自然時效是釋放粗加工殘余應力，進一步釋放殘余應力，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備，真空裝夾是一種保證零件穩定的裝夾方式，通過在線測量獲得經過粗加工和自然時效后的余量變化情況，從而調整加工工藝，以保證特征尺寸的精度，準備完成后就進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力和均布應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容進行分析和考慮，從而達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。