大型铝合金机翼整体壁板加工变形控制技术
铝合金薄壁件加工变形控制工艺方法研究
铝合金薄壁件加工变形控制工艺方法研究发布时间：2021-12-29T01:21:12.823Z 来源：《中国科技人才》2021年第22期作者：刘世超[导读] 本文探讨铝合金薄壁件在铣削加工过程中产生加工变形的原因，并提出相应的解决办法来控制变形，为技术人员提供一些参考。
中航西安飞机工业集团股份有限公司制造工程部西安 710089[摘要] 随着现代航空制造工业的迅速发展，铝合金薄壁件在航空飞机上的使用日趋广泛，但铝合金薄壁件在加工时极易因为受到的切削力、热、夹紧力等因素的影响而产生变形，变形的影响因素是复杂的，这在机械加工行业是一个比较棘手的问题，因此减小薄壁件的加工变形一直是国内外学者研究的热点。
本文探讨铝合金薄壁件在铣削加工过程中产生加工变形的原因，并提出相应的解决办法来控制变形，为技术人员提供一些参考。
[关键词] 薄壁件残余应力工艺参数装夹方式变形控制1 薄壁件加工产生变形的原因分析航空铝合金薄壁件的加工变形问题，涉及力学、材料成形加工、切削加工和机械制造多个学科领域，是航空产品加工工艺中的瓶颈之一。
航空薄壁件的加工变形产生的原因很多，与毛坯的材料、零件的几何形状及刚度、以及加工工艺方法和加工设备等均有关系。
经研究分析，引起薄壁件加工变形的主要因素有以下几个方面：零件材料力学特性与结构特点的影响:航空铝合金的弹性模量约为 70 一 73MPa，约为钢的 1/3 左右。
由于其弹性模量小，屈强比大，在切削过程中极易产生回弹，特别是大型薄壁结构件，“让刀”和回弹现象更为严重；另外，航空薄壁件的结构也非常复杂，通常几何结构不对称，薄壁部位多，自身刚度差等，也是产生较大变形的内在因素。
切削过程中刀具与零件间力-热耦合作用的影响:零件加工过程中材料的去除过程伴随着切削力、热的产生；一方面零件与刀具的接触部分发生弹塑性变形，材料不断被刀具切除；另一方面工件产生回弹效应，发生“让刀”现象，特别是对于薄壁部分，“让刀”对加工精度的影响不容忽视。
航空铝合金加工时的变形控制
航空铝合金加工时的变形控制作者：陈守伟来源：《中国新技术新产品》2012年第17期摘要：随着目前飞机制造业的大力发展，对于航空铝合金的加工工艺要求也越来越高，而航空铝合金在加工时的变形问题也成为了航空制造加工过程中出现的重要问题之一。
为了解决这一问题，我国从国外引入了先进的高速切削设备，并开始自主研究高速切削加工技术。
根据大量地研究表明，选择合理的加工参数、控制切削中的残余应力和对加工零件恰当使用可以大大地提高航空铝合金高速切削的质量。
关键词：航空铝合金加工技术；高速切削；控制中图分类号：TU512.4 文1 目前对航空铝合金加工技术的需求铝合金整体构件都具有其壁薄、体积大、刚度差和易变性的特点，这就导致了其在加工时加工周期长、切削加工余量大和加工精度难控制的缺点。
而目前大型商用客机由于性能要求的提高，对于飞机的整体腹板、整体梁和长缘条等部分的制造加工要求也越来越高。
这就要求拥有更细致和更可靠的控制铝合金加工变形技术。
1.1 航空铝合金的加工要求航空铝合金较之其他金属，具备很好的可切削性。
但是航空铝合金在加工过程中的要求却远远高于汽车等其他制造业。
这些要求主要反映在航空制造加工业对质量加工效率、零件精度和航空构件加工的形位误差控制上。
这些都导致了高效的铣削加工一直备受关注。
1.2 大型航空铝合金整体结构的缺陷利用大型航空铝合金制造的航空整体结构一般包括客机的整体框、整体壁板、梁缘条和整体肋等。
这些构件在制造加工中往往会出现刚性差的特性，加上切削振动、切削力和切削热的作用则会容易导致零件变形。
这样一来，整体结构的加工精度和加工表面的质量均会降低。
1.3 高速切削技术高速切削技术是一种金属加工领域的新工艺，它将切削工艺和高速加工技术进行了良好的结合，在目前航空整体结构件的加工上得到了广泛的应用。
目前国外的高速切削技术已经得到了国防部、政府和有关企业的支持。
波音公司在加工目前最大的航空整体构件之一的C-17铝合金机翼框架时候就使用了高速切割技术，仅仅耗时100h，4吨重的毛培切削完成。
超大型壁板类零件加工变形控制技术
超大型壁板类零件是大飞机研制中采用的重要结构之一，多用于大飞机的机翼或地板等。
超大型壁板由于尺寸巨大，加工去除率很高，对加工过程中的变形进行控制是非常重要的。
本文结合实际，提出了一种整体控制超大型壁板类零件加工变形的工艺方法，对于提高大型壁板类零件的加工质量和效率具有非常重要的意义。
国产大飞机是我国航空工业现在和未来重要的发展方向之一，大飞机的研制需要相关高、精、尖技术的支撑。
超大型壁板类零件是指在大飞机中普遍采用的尺寸超大（长度方向达到20m）的整体壁板零件，这种零件具有尺寸大、结构复杂、精度要求高的特点，成为大飞机结构件制造的难点之一。
超大型壁板类零件一般具有异型孔、加强筋条等整体结构，由于尺寸精度要求较高，大多采用数控加工的手段完成制造。
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为±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，必须要有科学合理的加工变形控制技术，以满足加工的要求。
本文对超大型壁板类零件加工变形控制技术进行研究，采用了整体变形控制工艺，并在实际加工中验证了这种整体变形控制工艺，能够很好地控制超大型壁板类零件的变形，总体加工精度达到了0.2mm，取得了很好的效果，具有重要的工程推广应用价值。
整体加工变形控制工艺方法1 整体加工变形控制流程对超大型壁板类零件的整体工艺进行分析，其毛坯采用全尺寸的大型预拉伸铝合金板材，最终形成“一面光面、一面结构”的非对称整体壁板类零件，一般情况下，材料去除率达到95%左右。
预拉伸铝合金板材在加工过程中形成的加工变形主要是由于残余应力释放造成的，特别是尺寸超大型的结构件，在大去除率的加工过程中，如果不能很好地处理残余应力释放的问题，容易造成零件加工过程中及加工后的大变形，从而导致尺寸超差或者产品不满足要求而报废。
航空整体结构件加工变形控制与校正关键技术分析
航空整体结构件加工变形控制与校正关键技术分析【摘要】本文主要探讨航空整体结构件加工变形控制与校正的关键技术。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
在分析了加工过程中的变形原因，探讨了变形控制技术和校正方法，同时关注了技术中存在的挑战和发展趋势。
结论部分总结了问题并展望未来的研究方向。
航空整体结构件加工变形控制与校正是一个重要的研究领域，对于提高航空器件加工质量和精度具有重要意义。
本文从理论和实践的角度探讨了该领域的关键技术问题，为进一步研究和应用提供了参考。
随着航空工业的不断发展，相信这一研究领域也会迎来更多的机遇和挑战。
【关键词】航空整体结构件、加工变形控制、校正关键技术、引导背景、研究意义、研究目的、变形原因分析、控制技术、校正方法、关键技术挑战、技术发展趋势、问题总结、未来展望、研究展望.1. 引言1.1 研究背景航空整体结构件加工变形控制与校正是航空制造领域中一个重要且具有挑战性的问题。
随着航空工业的发展，航空整体结构件的制造要求越来越高，对加工精度、稳定性和质量控制提出了更高的要求。
在加工过程中，由于材料性能、加工工艺、工件结构等多种因素的影响，往往会导致结构件产生形状和尺寸的变形，进而影响到产品的装配和使用性能。
研究背景中有关变形控制与校正的关键技术分析，能帮助我们更好地理解变形的机理及其影响因素，为解决航空结构件加工中的变形问题提供有效的技术支持和指导。
通过深入分析加工过程中可能存在的变形原因，探讨现有的变形控制技术和校正方法的优缺点，以及面临的关键技术挑战和发展趋势，将有助于指导相关研究与实践，推动航空整体结构件加工技术的持续发展与进步。
1.2 研究意义航空整体结构件加工变形控制与校正是航空制造领域中一个至关重要的技术问题。
在飞机设计与制造过程中，结构件的几何尺寸和形状精度直接影响着飞机的性能和安全。
对于航空整体结构件加工变形控制与校正的研究具有重要的意义。
航空整体结构件的加工变形直接影响着其装配质量和性能稳定性。
大型薄壁铝合金壳体数控加工变形模拟分析与控制(上)
速 、进给 、切 削 力 、刀 长等 工艺 参 数 以及 采取 增 加弹
簧 、橡 皮 阻 尼 等 减振 措施 来 保 持 加 工 的稳 定 性 。
２ 加工过程中的变形机理分析 ．
（ ） 壳体加工 变形力学分析 １ 表 ２为铣削加工时切
铆接 、锻造 、铸造及熔焊等传统技术的手段 。
１ ．壳体加工工艺特点分析
（ ）壳体工 艺流程 １ ８ ｍ厚 蒙皮滚 卷校形 一８ ｍ ａ ｒ ｍ
壳体的技术指标要求高 ，如表 １ 所示。该 壳体加工 的主 要难点表现在加工后产品的壁厚均匀性难 以控制在公差
范 围 内 ，外 圆 、内孑 及 圆 度 等尺 寸 精 度 与 形 位 精 度 很 难 Ｌ
加工方式的区别对壳 体的变形影响也不相 同 ，从而 为加
速 、深度 、宽度计算其周期激励力 和频率范 围；根据上 述计算结果查找 出合适 的对策措 施 ，提高切削效率 。如 加工过程 中的噪声和振动较大 ，可 以通 过降低转速 、调 节进给 的方式 ，从而保证加工质量和效率 。通过改变转
工工序的协调与装夹定位 、切 削参数与刀 具 的确定 ，带
框本身的圆度直线度不一 ，粗加工工序难 以有效地将焊 接区域全部加工见光 ，圆度 、直线度 、焊接下压量等多
种因素导致存 在焊接区本身的加工不均匀性。⑥由于焊
ＷＷ ｅｔａ／ｗ ｏｒｋｉ 磐５ｎ Ｏ０ｍ Ｗ ｍ 生 ｎ口７ ９
．
参磊 工籼 工 。 ’ 。
接后 的舱段蒙皮 内外表面各工序 的加 工余量小 ，工序加
削参数对切削力的影响分布 。可 以看 出 ：铣 削加工时转
制进行分析 ，考虑壳体本 身的结构刚性与 稳定性 、壳 体 本身的物理力学性能及其 加工特性 、加工过 程 中的切削 力及其切削参数的影 响 、切 削时所用刀具 的影 响及 切削
大型立装类壁板变形控制
大型立装类壁板变形控制摘要：大型壁板类零多为结构件，特点为零件尺寸大、重量重、长度及宽度相对于厚度的比值大，属于薄壁件范畴。
其特点决定了平行于工作平面的惯性矩远大于垂直于工件平面的惯性矩，当重力平行工作平面时因自重产生的变形小，垂直于工作平面时产生的变形大。
依据工作平面相对于水平面位置可分为与水平面平行的平装类平板及与水平面垂直的立装类壁板。
在大型立装类壁板制造过程中因设备、工艺等因素的影响可能会采用平放加工，此时因放置状态与工作状态不一致，消除重力对工件变形的影响极为重要。
本文以某工程中一件大型立装壁板为例，介绍一种运用软件分析、摄影测量技术控制龙门铣加工立装类壁板变形的方法。
关键词：大型壁板、变形分析、变形控制、摄影测量1、平放加工必要性在大型零件制造中常用的设备有以落地镗铣床代表的卧工加工机床及以龙门铣为代表的立式加工机床。
因机床自身结构原因，在加工大型壁板类零件上各自优缺点都非常明显。
大型落地镗铣床为卧式加工设备，主轴方向为水平方向。
使用落地镗床加工立装类壁板时可做到加工放置状态与工作状态一致，能有效的避免工件立、卧状态转换时因重力因素导致工件平面度变化。
但立装类壁板因厚度较小、立放时工件重心高，导致装夹难度大，且有较高安全风险，需制作大量工装确保装夹安全性。
同时立放加工时顶部离工件台距离大，导致刚性较差，铣面粗糙度较难保证，加工效率低对加工刀具要求高。
大型龙门镗铣为立式加工设备，龙门架结构能很好的保证在X轴、Y轴全行程内机床主轴端面距工作台距离的一致性，非常适合加工大型平面。
使用龙门铣加工立装类壁板时，工件重心低，装夹简单，无额外保护工装，装夹经济、便利、快捷；同时仅靠自重产生的摩擦力即可抵消精加工时的刀具切削力，为工件在自由状态下精铣面提供了条件。
使用龙门铣加工立装类壁板时重力相对于工作面的方向与工作状态不一致。
因工件自身重量影响，很容易出现因支撑不当导致的两种状态下平面度差异过大的情况。
减少铝件加工变形的工艺措施和操作技巧
减少铝件加工变形的工艺措施和操作技巧铝件零件加工变形的原因很多，与材质、零件形状、生产条件等都有关系。
主要有以下几个方面：毛坯内应力引起的变形，切削力、切削热引起的变形，夹紧力引起的变形。
一、减少加工变形的工艺措施1、降低毛坯的内应力采用自然或人工时效以及振动处理，均可部分消除毛坯的内应力。
预先加工也是行之有效的工艺方法。
对肥头大耳的毛坯，由于余量大，故加工后变形也大。
若预先加工掉毛坯的多余部分，缩小各部分的余量，不仅可以减少以后工序的加工变形，而且预先加工后放置一段时间，还可以释放一部分内应力。
2、改善刀具的切削能力刀具的材料、几何参数对切削力、切削热有重要的影响，正确选择刀具，对减少零件加工变形至关重要。
1）合理选择刀具几何参数。
①前角：在保持刀刃强度的条件下，前角适当选择大一些，一方面可以磨出锋利的刃口，另外可以减少切削变形，使排屑顺利，进而降低切削力和切削温度。
切忌使用负前角刀具。
②后角：后角大小对后刀面磨损及加工表面质量有直接的影响。
切削厚度是选择后角的重要条件。
粗铣时，由于进给量大，切削负荷重，发热量大，要求刀具散热条件好，因此，后角应选择小一些。
精铣时，要求刃口锋利，减轻后刀面与加工表面的摩擦，减小弹性变形，因此，后角应选择大一些。
③螺旋角：为使铣削平稳，降低铣削力，螺旋角应尽可能选择大一些。
④主偏角：适当减小主偏角可以改善散热条件，使加工区的平均温度下降。
2）改善刀具结构。
①减少铣刀齿数，加大容屑空间。
由于铝件材料塑性较大，加工中切削变形较大，需要较大的容屑空间，因此容屑槽底半径应该较大、铣刀齿数较少为好。
②精磨刀齿。
刀齿切削刃部的粗糙度值要小于Ra=0.4um。
在使用新刀之前，应该用细油石在刀齿前、后面轻轻磨几下，以消除刃磨刀齿时残留的毛刺及轻微的锯齿纹。
这样，不但可以降低切削热而且切削变形也比较小。
③严格控制刀具的磨损标准。
刀具磨损后，工件表面粗糙度值增加，切削温度上升，工件变形随之增加。
航空铝合金整体结构件数控加工变形控制现状分析
航空整体结构件具有材料去除率大， 形状复杂，整体刚性较差的特点，对 切削加工提出了更高的要求，如图 1 所示。
航空结构件整体化是新一代大 型客机的发展趋势，已经成为现代飞 机 设 计 制 造 领 域 的 一 个 重 要 标 志。 整体结构件的加工变形问题，涉及力 学、材料成形加工、切削加工和机械 制造多个学科领域，是航空产品加工 工艺中的瓶颈之一。本文针对航空 铝合金，对整体结构件加工变形理论 和方法进行了深入的分析和研究，并 提出了航空整体结构件加工变形控 制的策略。
伸、时效等一系列工艺流程，在这些
案；Haruki 等提出将低熔点的合金
在加工变形严重影响航空整体 过程中因存在不均匀的温度场和不
浇注入薄壁结构型腔，从而大大提 结构件的加工精度和生产效率的情 均匀的弹塑性变形，板内产生了残余
高工件的刚度，有效抑制加工变形； 况下，深入研究大型整体结构件精确 应力。在加工过程中，随着材料的不
面的文献资料较少。J. Tlusty 等针 壁部位在切削力作用下发生变形以
（2）加工过程中毛坯初始残余
对 薄 壁 件 的 变 形 问 题 提 出 有 效 利 及大悬伸刀具在切削力作用下发生 应力的释放与重分布。
用零件的未加工部分作为支撑，从 变形，导致零件加工精度丧失。
航空整体结构件通常采用高强
而充分利用零件整体刚性的刀具
大，加工周期长，加工质量和精度很 整体框、整体肋和梁缘条等均为复杂
难控制，对此类航空整体结构件实现 形状整体结构件，对高效加工系统提
高精度、高效率和高可靠性的切削加 出了更高的ห้องสมุดไป่ตู้求，如图 2 所示。
航空发动机铝合金零部件加工变形控制策略
航空发动机铝合金零部件加工变形控制策略摘要：航空制造业对金属原材料的要求很高，要求所用的材料必须耐腐蚀、密度小，延展性高，具有导电导热性及良好的机械性能，铝合金的特性完全符合要求，因此在制造行业进行了大规模使用。
由于铝合金本身的优秀特质，这就给零件加工行业带来了挑战，目前制造业普遍使用切削手段处理铝合金，但是由于切削等操作会产生应力使铝合金变形，影响零件的完成度。
因此必须采用合理方式避免铝合金产生形变，提高零件品质。
文章以航空制造业中发动机的生产为例，分析了产生形变的应力，优化了铝合金的加工流程，并给出相应的解决措施。
关键词：航空发动机；铝合金；零部件；加工变形铝合金具有较大的延展性及导电导热能力，同时自重小又耐腐蚀，所以航天发动机主要使用铝合金作为制造原材料。
但是铝合金也存在一些弊端，在加工过程中，铝合金体内的残余应力会导致变形，严重影响了发动机的装配质量，如果不好好处理，会导致零件报废影响发动机的正常装配，造成成本的浪费，影响企业发展。
因此处理铝合金的应力形变问题具有很大的现实意义，本文通过以下几个方面进行详细阐述。
1铝合金零部件变形原因航空制造业有着严格的制造标准，航空零部件的生产工艺非常复杂，需要力学、机械、材料等多个领域共同融合。
如何减少铝合金在加工过程中的形变问题，是整个航空制造业探索的重要课题。
航空的零部件的变形由多种因素导致，例如材料配比、加工方法与工艺，零部件形状等，为了深入探究铝合金变形的原因，我们以航空发动机的制造为例进行深入探讨。
铝合金通常被用来制造航空发动机中压气机部分的半保护罩，结合箍环形成完整的组件。
铝合金是由金属材料混合而成，制造发动机的铝合金通常是镁、铜，镍、铝、铁五种金属元素按照1.5:2.3:1.1:1:1.1的比例混合，混合后的铝合金各项物理特性都非常好，在铝热处理后硬度高（HB120-140），很适合用于发动机制造。
半包护罩器件的设计图纸复杂，有多处薄壁需要加工，最小厚度仅为1.8mm，所以在加工中使用切削工艺会产生残留的应力，使硬件产生变形，影响了零件的精度。
大型飞机整体壁板板坯数控加工延展变形分析及控制
大型飞机整体壁板板坯数控加工延展变形分析及控制作者：暂无来源：《智能制造》 2017年第12期数控加工后的零件变形问题直接影响到飞机整体壁板的加工精度，本文从影响大型整体壁板板坯数控加工延展变形的因素出发，阐述了整体壁板板坯数控切削加工引起壁板板坯延展变形的原因，通过对整体壁板板坯数控切削加工延展应变的数值计算和试验数据对比，得出整体壁板数控切屑加工环节的延展变形规律及相应的加工变形控制策略。
飞机机翼整体壁板是现代军用、民用飞机的关键结构件，而大型飞机整体壁板成形技术则是飞机制造的关键技术之一。
整体壁板是由厚蒙皮和长桁等骨架零件组成的一个整体具有强度重量比高、总体和局部稳定性好、疲劳寿命长、，外形准确以及表面光滑等的特点，使其成为现代飞机普遍采用的高效率结构，也是影响战斗机综合性能的主要关键部件。
壁板类零件属于薄壁零件，在数控加工时，容易因强度刚性不够产生导致变形，且零件长度较大，更容易将零件变形扩大。
一、整体壁板制造流程整体壁板目前最常用的加工流程是先将整体壁板产品数模在三维工程CAD软件中进行展开计算，建立整体壁板板坯工艺数模，然后采用NC数控机床加工出壁板板坯，最后采用喷丸工艺将其成形到飞机气动所要求的形状。
图1为大型飞机机翼整体壁板的制造流程示意图，与传统的直接采用五坐标数控机床进行加工的方法相比，这种方法具有明显的优点：使用的预拉伸板料毛坯较薄，切削量相对较小，铣削加工设备只需要三坐标数控机床即可；喷丸成形后附带的强化工艺，可以大幅度的增强机械加工剥离金属后微观上的组织缺陷并预留残余压应力，从而能够极大的提高零件的抗疲劳特性。
在实际生产中普遍采用这种方法从而节省数控机床资源和避免材料浪费，因而具有成本低、零件表面质量优异等优点。
二、整体壁板板坯数控加工延展变形产生原因与大型整体壁板制造相关的应力包括：毛坯残余应力、加工应力、装夹应力等。
如图2所示，在机械加工过程中，在数控加工过程中，由于切削力及切削热等因素共同作用于零件，使得零件内部的应力平衡被打破，导致零件在加工过后必然要回复应力平衡状态而释放残余应力，从而导致零件变形。
铝合金薄壁件加工过程变形控制
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M 管理及其他 anagement and other
需要多次转换位置，若工件缺少固定的位置，所进行加工的薄壁
件位置有很大的可能性无法达到要求。在通常情况下加工方式
选取的为“2X2Y4Z”，在正式加工前需要在 X 和 Y 轴上设置数据
第一，切削热。在切削操作中，切削热主要是由各种变形和 刀具与工件所产生的摩擦力转化而来的，可使工件的各个部位 的温度不均等，进而发生变形。
第二，切削力。刀具切削力作用在工件的表面使其恢复弹性 之后平整度不高。因为薄壁件的内部结构较复杂，所以加工时削 用量不能相同。并且位置的不同壁厚是不均匀的，以至于在削力 作用下加工各个位置的变形量不同，在工件的表面使其恢复弹 性之后壁厚存在误差。
坐标，在加工的过程中，要将远技术坐标加以利用，以此为参考
技术坐标，辅助坐标可选取近距离的坐标设计板块，加工完成后
实施薄壁件核验操作时，近距离和远距离之间的直线度要小于
0.01mm。另外，要有序的进行加工，第一步是粗加工，先将薄壁
M 管理及其他 anagement and other
铝合金薄壁件加工过程变形控制
周旭阳
（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，河南 郑州 450015）
摘 要 ：在对铝合金薄壁件加工的过程中，精度的控制是很有必要的，并且还要将各种因素做到全面的考虑，避免加工工件发
生变形，本篇文章主要是分析了铝合金薄壁件在加工的过程中影响其变形的因素，并且还根据薄壁在加工时的要求总结了主要
若工件加工的技术所参考的技术参数不合理，会严重影响 铝合金薄壁件变形的程度，比如，加工时需要的切削力较大，所 用刀具会出现磨损，使铝合金薄壁件产生形变的程度增大，降低 了薄壁件的质量，使其达不到标准要求，以至于工件的尺寸达不 到标准，存在偏差。除此之外，铝合金薄壁件在加工中抵抗力与 热应力两者频繁相互影响，再加上技术参数设计的不合理，铝合 金薄壁件发生变形的可能性很大。铝合金薄壁件有着刚性弱、易
大厚度机翼整体壁板成形工艺技术创新
54航空制造技术·2011 年第13 期FORUM众所周知，大型固定翼硬壳式飞机机翼翼盒原来都是由蒙皮、长桁、肋、对接接头组成，再加上前、后梁等许多处于分离状态的零、组件装配而成的。
随着用户对飞机的飞行品质及其使用的安全性、耐久性和低成本等方面的要求越来越严格，作为飞机最大承载部件的机翼翼盒需要首先满足这些要求，必须进行综合改进以提高其在强度、疲劳、重量、密封等各方面的结构设计水平，故现代大型飞机机翼翼盒的结构设计已越来越多地采取了整体结构形式，而整体壁板就是其中的典型代表之一。
所谓整体壁板其实是蒙皮本身的改进或蒙皮与上述各分离状的零、组件的一种有机集合体。
由于存在有多种不同的组成方式，故整体壁板也呈现为多种结构形式。
目前在世界上流行的方式有变厚度（或变截面）整体蒙皮式壁板、带长桁壁板、带长桁与对接接头的壁板以及既带长桁和肋又带对接接头的壁板等。
本文所指的大厚度网格状壁板则属于上述的最后一种形式。
大厚度网格状机翼整体壁板的结构特点及成形工艺简介1 结构特点此类壁板是把机翼蒙皮与长桁、肋、对接接头（俗称梳状接头或梳状件）以及其他可附带上的结构件（如工艺或维修口框、注油口框等）集合为一体。
由于飞机越大，机翼对接接头的厚度尺寸越大，因此必然会使壁板厚度增加而成为大厚度，同时既带长桁又带肋必然使壁板成为网格状。
这种壁板应该是目前世界上所有大飞机中集成度最高的整体壁板。
机翼翼盒的组成方法一般是将若干块这种壁板搭接（涂密封胶）后用过盈螺栓密封连接组成机翼上、下两壁，再通过与机翼前、后梁（均为组合件）及端肋的密封连接而形成盒体，其翼肋的装配一般是在此过程后用壁板上已有的肋墙为根基进行装配连接。
机翼翼盒同时也是整体油箱。
由于此类整体壁板的整体化水平很高，故可大大减少结构零件的项目和数量，且结构紧凑、协调环节少、工艺路线短、密封性好、装配简单。
目前此类壁板多用于乌克兰安东诺夫设计局的“安”系列大型运输机，如安-70，国产运8飞机也已开始采大厚度机翼整体壁板成形工艺技术创新中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部 林震宇 林瑜华事实证明，“以铣代压”创新之路是非常正确的，它既是替代压弯成形工艺的有效途径，也完全符合现代航空制造技术的发展方向。
飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制
采用 ANSYS软件提供的热机耦合功能, 以温 度场模拟施加铝合金的残余应力分布, ANSYS的
2009年 2月 第 35卷 第 2期
北京航空航天大学学报 Journa l o f Be ijing U nivers ity of A eronautics and A stronautics
F ebruary 2009 V o.l 35 N o1 2
飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制
梅中义
8结束语本文针对某航空企业转包生产的机翼翼肋零件数控加工中所出现的变形问题研究了残余应力对加工变形的影响采用经过改进的顺序静态单元生死方法实现切削过程的仿真并对所模拟的零件变形量与实测测量结果进行了比较变形的趋势和分布情况一致变形情况的对比证明分析方法和所建立模型的有效性研究为航空企业数控加工变形情况提供理论指导和建议并提出了控制变形的加工方案
切除上层材料后, 残余应力导致工件变形为 两端向 下弯曲, 如图 5所 示. 在板 厚度取 50mm 时, 去除 1 /10厚度即 5mm 材料后变形显著, 达到 mm 级, 同时工件内残余应力大 幅度降低并趋于
图 5 简单梁切除材料后弯曲情况 ( mm )
图 6 典型翼肋零件加工变形模拟流程图
5 实际加工仿真模拟
根据实际加工装夹和切削顺序, 以 ANSYS的 单元生死技术模拟切削的去除材料过程, 并记录 每步骤加工变形和最终去除装夹约束后的残留变 形, 切第 1面去除装夹约束后的变形情况见图 9, 零件加工完第 2面后最终变形情况见图 10, 模拟 过程及获得的结果数据见表 1, 表 1 中数据均为 变形极值.
防止铝合金工件变形的工艺方法
e）通腔盒体 图8 在结构上属于动力零件的产品
4 防止铝合金产品基准面变形的方法 在加工中，经常会遇到精加工前基准面已经
变形，无法作为精加工基准的情况，又因为铝合金 工件的变形为弹性变形，所以无论是压还是夹，松 开之后均存在回弹现象，造成精加工后尺寸变形、 超差。
铝合金产品基准面防止变形的方法总结如下。 1）若工件只能用铣的方法，则一定要在工件主 体强度足够高的前提下加工基准面，这样精铣的基 准面才会平。 2）若工件只能用铣的方法，且工件较单薄，则
工艺方案
Technique Solution
防止铝合金工件变形的工艺方法
白雪坤 成都剑涧优能航空设备制造有限公司 四川成都 610213
摘要：阐述铝合金零件加工变形的原因及常规工艺方法。根据材料特性和零件特征改进工艺路线，通过时效 处理和加工方法的改善，解决加工变形问题。 关键词：铝合金；变形；落料；吸盘；时效处理；加强筋；填充
落料加工对于防止铝件的变形具有重要的作 用，特别是配合吸盘，可以解决一大类薄壁件变形 及装夹问题，非常适用于板类零件的加工。落料加 工如图1所示。
（2）真空吸盘法 工件的定位面吸附在吸盘 上，配合压板对工件进行加工。吸盘装夹，配合落 料加工方法，只要产品中有可以吸附的面，即使是 斜面、曲面也适用。运用吸盘和落料加工，可以完 成各种板类薄壁件的加工，即使板厚只有0.5mm， 也可以加工。通用吸盘如图2所示，根据产品设计的 专用吸盘工装如图3所示。
图16为某铸铝件的加工过程，期间并无造成硬
性变形的刚性装夹，但是加工出来的产品尺寸精度
及几何公差都达不到要求。
该产品的主要精度要求：竖直两个孔的极限偏
差
为+0.01 +0
m
控制和消除铝合金工件变形,难点、要点个个击破!
1 序言铝合金是最广泛应用于航空航天、汽车、军工及化学工业等行业的有色金属结构材料，特别是近几年来，在军工、航空航天业中的应用呈现井喷状态，其中结构件成为机械加工中的主流产品。
结构件的外形结构千奇百怪，精度要求也呈现直线上升趋势，其工艺目标一直是控制变形、提高精度。
下面以无人机中的结构件方形框架为例，探讨提高铝合金结构件加工精度的方法。
2 隐蔽型无人机精密旋转摄像头结构图1为隐蔽型无人机精密旋转摄像头，其内部结构和组成部分如图2所示，其中绿色结构件为方形框架。
a）检测台与旋转摄像头成品b）摄像头局部细节展示图1隐蔽型无人机精密旋转摄像头a）平视视角 b）旋转180°视角图2 旋转摄像头内部结构和组成部分3 方形框架的结构特点及关键技术难点图3为方形框架结构，其特点为：①从结构组成上看，方形框架为整个结构的载体。
②从输出精度上看，方形框架为关键精密输出结构件。
a）外形结构 b）内部结构图3 方形框架结构方形框架加工的关键技术难点分析如下。
1）图4为方形框架结构尺寸及精度要求，其中两处mm水平通孔及端面mm竖直通孔及端面的几何公差要求非常高，且表面粗糙度值Ra ＝1.6μm。
图4方形框架结构尺寸及精度要求2）方形框架材料为7075铝合金，作为7系商用最强力合金之一，其强度高，同时具有良好的力学性能。
该产品能够研发出来，材料的特性也起到了关键作用。
3）产品实体联接部分壁厚仅为3mm，符合薄壁件结构特点。
4）加工时，在保证产品精度的同时，如何控制产品的变形显得尤为重要。
4 方形框架加工工艺方案的制定及分析4.1 第一次开粗对原始方形毛料进行大余量开粗，形成开放性毛坯。
第一次开粗如图5所示，其中绿色部分为工件，透明外形方块为开粗后的毛坯。
U形内腔单边留余量0.5mm。
a）正视b）侧视图5 第一次开粗工艺分析：①去除大余量毛坯，让产品做初次应力释放。
②之所以不做成封闭性毛坯，是因为考虑切断后，会因产品局部的应力集中而导致变形。
铝板加工减少变形的操作技巧
铝板加工减少变形的操作技巧铝件材料的零件在加工过程中变形，除了上述的原因之外，在实际操作中，操作方法也是非常重要的。
1、对于加工余量大的零件，为使其在加工过程中有比较好的散热条件，避免热量集中，加工时，宜采用对称加工。
如有一块90mm厚的板料需要加工到60mm，若铣好一面后立即铣削另一面，一次加工到最后尺寸，则平面度达5mm;若采用反复进刀对称加工，每一面分两次加工到最后尺寸，可保证平面度达到0.3mm。
2、如果板材零件上有多个型腔，加工时，不宜采用一个型腔一个型腔的次序加工方法，这样容易造成零件受力不均匀而产生变形。
采用分层多次加工，每一层尽量同时加工到所有的型腔，然后再加工下一个层次，使零件均匀受力，减小变形。
3、通过改变切削用量来减少切削力、切削热。
在切削用量的三要素中，背吃刀量对切削力的影响很大。
如果加工余量太大，一次走刀的切削力太大，不仅会使零件变形，而且还会影响机床主轴刚性、降低刀具的耐用度。
如果减少背吃刀量，又会使生产效率大打折扣。
不过，在数控加工中都是高速铣削，可以克服这一难题。
在减少背吃刀量的同时，只要相应地增大进给，提高机床的转速，就可以降低切削力，同时保证加工效率。
4、走刀顺序也要讲究。
粗加工强调的是提高加工效率，追求单位时间内的切除率，一般可采用逆铣。
即以最快的速度、最短的时间切除毛坯表面的多余材料，基本形成精加工所要求的几何轮廓。
而精加工所强调的是高精度高质量，宜采用顺铣。
因为顺铣时刀齿的切削厚度从最大逐渐递减至零，加工硬化程度大为减轻，同时减轻零件的变形程度。
5、薄壁工件在加工时由于装夹产生变形，即使精加工也是难以避免的。
为使工件变形减小到最低限度，可以在精加工即将达到最后尺寸之前，把压紧件松一下，使工件自由恢复到原状，然后再轻微压紧，以刚能夹住工件为准(完全凭手感)，这样可以获得理想的加工效果。
总之，夹紧力的作用点最好在支承面上，夹紧力应作用在工件刚性好的方向，在保证工件不松动的前提下，夹紧力越小越好。
航空铝合金结构件数控加工变形及控制
航空铝合金结构件数控加工变形及控制【摘要】随着航天工业数字化设计以及制造技术的迅速发展，飞机设计结构也发生了变化，对现代飞行器的性能要求逐渐的提高，航空结构件的整体化成了一种发展趋势，以铝合金材料为主的整体结构件已广泛应用于航空航天领域。
本文分析了当前我国的航空铝合金结构件数控加工变形的现状和存在的一些问题，并根据具体情况和影响铝合金结构件加工变形的一些主要因素提出了相关的控制措施。
【关键词】航空铝合金；结构件；数控加工变形；控制铝合金的耐蚀性好、密度较小、有较好的成形性、而且其资源丰富、数据充分、成本不高，性能也在逐年不断地提高，因此现代民用大型飞机中铝合金是不可缺少的主要材料之一。
航空整体结构件数控加工变形的问题涉及到了材料成型加工、力学、机械制造以及切削加工等多个学科领域。
对飞机零件进行薄壁化设计可以有效地控制飞机的重量，结构的整体化可以大大的影响生产效率和制造的成本，还可以减少零件的数量以及连接装配的工作量，但由于大型航空整体结构件形状复杂以及整体的刚性较差等，这就导致了在零件加工的过程中容易产生变形，因此我们应该重视切削加工工艺的提高，不断地创新和优化其加工工艺，进一步控制大型整体结构件加工过程中的变形。
1.浅析航空铝合金结构件数控加工变形的现状随着经济的发展和时代的进步，一些现代大型的商用客机对于性能的要求也在不断地提高，普遍的采用了直接掏空那些整块的大型的毛坯，然后加工成复杂的整体结构，如一些减轻孔、筋条、槽腔等，此种方法多运用于大部分骨架零件尤其是主承力结构件上。
但是由于结构件加工的整个过程周期比较长，加工的精度和质量都很难控制，切削加工时易受到一些因素的影响从而产生变形，因此当前航空制造业所面临的一个重要难题就是实现高效率、高精度和高可靠性的切削加工。
航空制造业对于零件的质量和精度要求都非常高，它对于形位的误差以及加工的精度甚至比汽车制造业要高出许多，虽然航空所用的铝合金材料具有较好的可削性，但对于航空铝合金的高效切削加工研究也是目前面临的一个焦点问题，解决大型航空整体结构件的关键技术是高效加工的工艺，也就是切削工艺优化与高速加工技术的有效结合。