[发明专利]一种大曲率全型面薄壁件的制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种大曲率全型面薄壁件的制造工艺。

背景技术

加工零件为三角形整体结构的某飞机蛇形进气道唇口，属大曲率全型面薄壁结构件。零件形状复杂，曲率变化很大，内腔与筒体蒙皮、外腔与前机身多块外形蒙皮连接，结构上内腔、外腔均要加工出与蒙皮连接的下陷。内腔与筒体蒙皮、外腔与前机身外形蒙皮连接面均为空间曲面，加工定位困难，且型面凹槽深而狭窄，呈V形布局，凹槽开口角度约30°。唇口尺寸较大、刚性弱、壁厚仅为1.5mm，加工容易变形，外形公差及表面质量要求高，尺寸公差要求严格。对比飞机进气道唇口零件，本文所涉及的唇口零件具有特殊性：① 零件为大曲率全型面薄壁结构，型面均为空间曲面，壁厚均为1.5mm，一般飞机进气道唇口零件壁厚为2 ~ 3mm，外形一般为直纹面，变化曲率较小。② 零件型面无加强筋，刚性弱，一般飞机进气道唇口零件内侧均有筋条连接，刚性较强。③ 零件型面均为空间曲面，且壁薄，无定位基准，其复杂的形状无法采用真空吸咐装夹方式，一般飞机薄壁结构件有定位基准，或可采用真空吸咐方式装夹，保证最后一面薄壁的刚性。④ 零件壁厚均为1.5mm，型面有效深度达到196mm，型面深度与厚度之比达到126.7，飞机结构件曲面深度与高度之比一般为10 ~30。针对具有全型面、大曲率、大型薄壁、深而窄的腔体特征的唇口零件，无论是设计还是制造，在国内尚属首次，因此，大曲率全型面薄壁件的制造工艺在国内尚属首次实现，经查阅文献资料，国内未见相同公开研究文献报道。

加工该零件有以下三大难点：1）零件为复杂曲面薄壁件，型面深度与厚度之比高达126.7，加工中零件的变形难以控制；2）零件型面均为空间曲面，无装夹定位基准，零件定位装夹困难，加工时易产生振动；3）零件型面结构复杂，凹槽深而狭窄，零件工艺方案的制定、程序的编制、合理的切削方式难以定制。

发明内容

 本发明的目的在于提出一种大曲率全型面薄壁件的制造工艺，以解决超复杂空间薄壁曲面的加工变形和振动问题。通过合理的工艺布局，采用分段逐层加工方式，选择合适的刀具与刀柄，设置每道工序的加工余量，安排自然时效时间，优化切削工艺参数和走刀策略，保证零件均匀的材料去除量，同时采用加装垫块定位和石膏填充法，解决零件加工中的装夹和振动问题，增加零件的加工刚性和装夹稳定性，控制零件加工过程中的变形，保证零件尺寸和精度。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种大曲率全型面薄壁件的制造工艺，它包括如下步骤：

1）外腔型面粗加工：

以内腔型面工艺凸台底面定位，螺钉装夹，采用三把不同悬长的刀具分三段粗加工外腔型面，刀具悬长递增，粗加工后零件预留5mm工艺余量，以保证内腔型面的加工刚性，并在工艺凸台表面铣出内腔型面加工基准面；

2）内腔型面粗加工：

零件翻面，以外腔型面粗加工铣出的基准面定位，螺钉装夹，采用三把不同悬长的刀具分三段粗加工内腔型面，刀具悬长递增，粗加工后零件预留3mm工艺余量，用于内腔型面的半精加工和精加工时的材料去除量；

3）自然时效：＞48小时，用于释放粗加工过程中因材料塑性变形和切削热引起的机加应力；

4）打平面消除变形，并扩、铰工艺孔：

打平面消除时效过程中的零件变形，并为后续半精加工、精加工内腔型面提供定位基准，扩铰工艺孔，保证工艺孔垂直度，利于确定精确的加工坐标系；

5）内腔型面半精和精加工：

a. 加工内腔外型面：分两段加工内腔外型面，每段先半精加工，然后精加工到位，半精加工后预留1mm工艺余量；

b. 加工内腔V型槽：采用两把不同悬长的刀具分三段半精加工、精加工内腔V型槽，逐段到位，刀具悬长递增，第一段每层加工后预留工艺余量安排为3mm→2.5mm→0mm，2.5mm的工艺余量保证了凹槽型面精加工到位时的加工刚性；第二段每层加工后预留工艺余量安排为3mm→2.5mm→0mm，第三段为内腔V型槽槽底，为了避免零件振动和因刀具太长引起刀具振动，选用小刀具与加长刀柄组合的方式分四层小切削加工到位，预留工艺余量安排为2mm→1mm→0.4mm→0mm；

c. 为降低刀具悬长和防止机床与零件干涉，工艺凸台四周铣成凹槽结构，将铣出三块垫块镶于工艺凸台凹槽处，在垫块上铣出外腔型面加工基准，垫块即可作为定位基准，在后续石膏填充法中起到了限制石膏流动的作用；

    6）填充石膏：