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|超大型壁板类零件如何实现变形控制？

飞机由于体型庞大，其所使用的零部件大多都是超大型板类零件，例如飞机的机翼与地板 。超大型板类零件的尺寸相对较大，在加工过程中的去除率很高，所以对于加工过程中的变形控制要求非常严格 。
|超大型壁板类零件如何实现变形控制？
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近几年，国产大飞机是我国航空工业重点的发展方向，而且已经有了成功案例，例如C919 。与普通民用客机不同，大飞机的研制更加困难，需要高、精、尖的技术支持 。超大型板类零件具有尺寸大、结构复杂、精度要求更高的特点，是目前制造大飞机结构件的一个难点 。
从结构上来看，超大型板类零件一般可分为异孔型、加强筋条等，通常情况下均由精密数控加工完成制造，以保证尺寸精度 。我国国产大飞机研制中采用了超大型壁板类零件的结构，其精度要求如下：腹板和筋条厚度公差±0.15mm，筋条高度公差为±0.2mm，壁板外表面贴平台，翘曲不大于5mm，不允许有鼓动 。
对于超大型整体结构件的加工而言，要满足以上精度要求，除了有高精度的制造手段，还要有科学合理的加工变形控制技术，两者缺一不可，才能够满足加工的要求 。
整体加工变形控制工艺方法
1、整体加工变形控制流程
在正式进入制造流程之前，需对超大型板类零件的整体工艺进行分析，通常情况下会采用有限元软件从毛坯到成型进行逐一分析 。由于材料去除率高达95%左右，板材在加工过程中由于残余应力的释放会造成一定的变形，如果无法有效的处理好残余应力释放导致的变形，极容易导致加工过程中及过程后出现大变形，导致尺寸超差或不满足验收要求而造成损失与浪费 。
超大型壁板类零件的常见加工流程包括：大余量开槽腔、粗加工、定位面精加工、自然时效、真空装夹、在线测量余量和精加工等 。大余量开槽腔的目的是释放毛坯内部存在的残余应力，是控制变形的基本手段;定位面精加工、粗加工和自然时效是释放粗加工残余应力，进一步释放残余应力，这一工序的加工已形成均布余量的零件毛坯 。
再通过自然时效，利用大自然的力量进一步让零件内部的残余应力释放 。真空装夹是一种保证零件稳定的装夹方式，通过在线测量获得经过粗加工和自然时效后的余量变化情况，从而调整加工工艺，以保证特征尺寸的精度，准备完成后就进行精加工工序来完成壁板的加工 。
2、释放毛坯残余应力
由于超大型板类零件尺寸较大，其毛坯的整体重量就可达到5~6吨 。在存放于运输的过程中，由于温度变化与振动等环境因素的影响，毛坯内部会产生很大的变形，对加装定位造成很大影响 。
采用大余量去除余料对毛坯进行开槽的方式来消除毛坯的变形，根据零件的结构特征，在保证加工余量的前提下，去除毛坯的余料部分达到毛坯总量的40%左右 。大余量去除余料后，毛坯的残余应力得到很好的释放，零件变形减少，控制在1mm左右，而且毛坯重量大大降低，降低了零件翻面等操作带来的困难 。
大余量去除余料对机床和刀具没有特殊的要求，而且加工效率较高，不仅解决了毛坯变形的问题，而且提高了零件加工的整体效率 。
|超大型壁板类零件如何实现变形控制？
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3、粗加工
粗加工后的余量要满足精加工的要求并保证精加工去除余量后不会造成大的变形，根据结构特点的不同，一般将粗加工余量设置为3~5mm 。
在此要求下，粗加工后形成以零件理论尺寸为基础、均布3~5mm余量的“模坯”，零件的基本结构已经形成 。经粗加工后，对零件进行48h自然时效，充分释放应力，一般经过这个步骤，90%以上的残余应力都得到了释放和均布 。
4、精加工阶段的应力释放
零件的最终尺寸，需要通过精加工来确定，而精加工之前的半精加尤为重要 。在进行精加之前，均化及消除工件中的残余应力，可有效预防精加工后的裂纹、开裂、存储期变形等问题 。
为解决半精加工后分布不均匀和有应力集中现象，预防工件变形超差、报废等问题，航空航天领域通常采用自然时效对工件进行处理 。但自然时效往往需要几个月甚至更长的时间，影响了产品的制造周期，无法满足大批量生产需求，成为制约规模化生产的瓶颈 。
随着科技的发展，自然时效正逐渐被振动时效替代 。振动时效使用专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微观的塑性变形――被歪曲的晶格逐渐回复平衡状态，最终防止工件在加工和使用过程中变形和开裂，保证工件尺寸精度的稳定性 。只要振动参数选择得当，工件振动时效后疲劳寿命比未经时效的寿命有一定范围的提高，而且具有生产周期短、投资少、使用方便等优点 。
【|超大型壁板类零件如何实现变形控制？】北京翔博科技自主研发的频谱谐波时效设备，已获得国家发明专利，使用傅里叶分析方法，对工件进行频谱分析，找出工件的几十种谐波频率，再优选出五种频率对工件进行处理，从而达到降低和均化铸、锻、焊及加工过程中的残余应力的目的，提高工件尺寸精度稳定性，防止变形和开裂 。


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