航空薄壁结构件数控加工变形的控制分析

2020-01-04李加朋

科学与信息化 2020年36期

关键词：内应力结构件切削力

李加朋

西飞公司陕西西安 710089

引言

在对航空薄壁结构件进行数控加工之前，应该通过计算机对航空薄壁结构件变形情况进行合理分析，并针对零件变形制定应对方案，通过对零件变形进行控制能够使飞机的性能指标得到保障。因此，有必要对航空薄壁结构件数控加工变形控制进行研究。

1 数控加工变形原因

航空薄壁结构件在数控加工过程中有时会出现零件变形的情况，此类变形零件将会对飞机性能造成影响。在数控加工期间，零件变形在所难免，而且变形形态往往并不固定，通过对结构件在数控加工期间的变形时间等多方面进行综合分析，通常可以将结构件划分成为局部变形以及整体变形等多种形式。其中局部变形通常会发生在加工以及切削阶段。发生变形之后其主要表现为结构件局部弯曲等情况。在刀具与结构件的接触位置相对更加容易出现局部变形的情况。而且结构件的刚性相对较弱，这也是导致结构件局部变形的一项重要因素。在局部变形的结构件中，由于局部尺寸往往并不相同，所以变形零件形态也会出现偏差。结构件的整体变形主要表现为经过数控加工之后产生扭曲、弯曲以及结构件经过放置之后产生的变形。出现这种情况的主要原因就是材料切割结束之后，其内部的内应力将会重新完成分配，此时数控加工温度也会发生改变，所以结构件便会随着外界放置环境的变化而产生改变。此外，热胀冷缩现象也是造成结构件整体变形的主要原因。结构件在特定温度下，如果车间、运输温度难以持续保持一致，就会导致结构件出现热胀冷缩的情[1]。所以在结构件的加工过程中，应该解决此类问题，只有这样才能够完成结构件数控加工变形的控制，使飞机的整体性能指标得到保证。

2 数控加工变形控制思路

在面对航空薄壁结构件在数控加工期间遇到的变形问题时，可以通过对变形、应力关系进行全方位分析，并了解零件结构与荷载的联系，以此来完成建模。在结构件中，弧形件的刚度相对较差，所以弧形件容易在数控加工期间受到切削力、夹紧力的影响而出现变形情况。通常情况下，材料一般会在受到外力时出现变形，当应力超出屈服强度之后，材料就会产生塑性变形。在结构件加工过程中，环形件的径向变形通常都属于椭圆，因此环形件变形后需要对数控加工时的内应力、切削力以及夹紧力进行综合分析。只有明确各种结构件变形分析方法，才能够让航空薄壁结构件在飞机中发挥出应有的作用。

3 数控加工变形控制对策

3.1 结构件加工期间的变形控制

在数控加工过程中，如果结构件受到的夹紧力、切削力超过承受范围，就会出现结构件加工变形的情况。经过对结构件变形进行分析便能够了解到此类变形为弹性变形。当结构件所受夹紧力以及切削力降低、消失之后，结构件就会自行恢复到原有的形态。但是由于结构件在数控加工期间，切削位置以及切削量并不一致，所以结构件的表面便会因为切削原因而出现变形、过切等情况。所以在数控加工期间，可以通过以下措施对结构件变形进行控制：第一，优化切削参数。在结构件数控加工期间，切削参数带来的影响非常大，如果结构件切削参数不合理，就有可能导致切削刀具出现磨损问题，此时结构件的切削质量将会快速下滑，最终导致结构件的数控交工成本提升。所以在结构件正式加工之前，需要提前对结构件的切削参数进行适当调整、优化，避免结构件加工质量下滑。切削参数优化方式有很多，其中基因算法能够使优化质量得到保证。第二，优化装夹方案。结构件数控加工时的装夹方案是否合理将会直接关系到最终加工质量，只有根据结构件刚度合理控制夹紧力，才能够避免结构件出现变形问题。第三，制定补偿方案。在结构件加工期间，若结构件经过仿真加工后产生了变形情况，就可以通过提前制定的补偿方案对结构件进行补偿，采用补偿方案需要在数控加工前提前考虑到变形情况。

3.2 结构件数控加工完成后的变形控制

结构件在数控加工结束后同样有可能出现变形情况，对此可以采用以下对策：第一，采用预拉伸板材。结构件如果没有特殊要求，就可以利用预拉伸板材来防止变形。预拉伸板材由于参与应力相对较小，所以在切削过程中并不会出现非常严重的变形情况。需要注意的是，如果材料、加工成本预算不变，则使用预拉伸板材后会导致结构件强度出现下滑。第二，刚度设定。在对弧形件进行加工时，可以通过加入横杆支撑的方法来避免结构件出现突发变形的情况，通过提前了解装配、应力情况，就可以对弧形件刚度进行适当调整。第三，降低残余应力。通过降低结构件的参与应力，可以有效避免零件变形的情况出现。例如通过加入结构件热处理，能够防止结构件因内应力而出现变形情况。

3.3 整体变形控制

结构件在数控加工期间，结构件会根据内应力情况而出现改变，所以为了避免整体变形，结构件需要尽量使用应力分布相对较为平均的材料。还可以通过对结构件毛坯中的内应力进行预释放，以此来避免结构件出现整体变形。除此之外，还可以对结构件专门开展仿真机实验，通过对安全矫正理论进行合理分析，针对结构件的实际情况专门制定校正方法，以此来控制结构件的数控加工变形[2]。