数控加工变形控制讲课讲稿

稳定化处理
预拉伸处理 冷锻处理
振动时效
4.1 预拉伸型材
对于无纤维流向要求的零件和大多数有纤维流向 要求的零件,均可改为预拉伸板材加工，但材料成本有 所增加。由于板材内部残余应力较小，切削加工引起 的残余应力失衡不会引起明显变形。目前数控加工的 飞机整体壁板、整体梁、整体肋、复杂缘条、大型接 头等各类大型铝合金结构件中已大量采取预拉伸板材， 例如7050-T7451；必须注意材料状态最后一位为“1” 时，不允许再进行人工时效处理。
4.2 坯料冷镦及校平工艺
如果翼类件采用的是铝合金材料锻件坯块，采 用独特的“冷镦”工艺，即锻打锻件坯块的两面， 使其坯块在厚度方向上减薄5％～8％，使锻件毛 坯产生预紧压应力，对减少工件加工变形效果明 显。如果采用的是板料，经过下料加工后难免产 生变形，可将板料放在平的橡胶或木墩上，用胶 皮鎯头进行局部校形，或用橡胶板对板料反复翻 面进行拍打。这些方法对于翼类件加工前毛坯的 准备十分必要。
数控加工变形控制策略
目录
1 引言 2 影响数控加工变形原因 3 数控加工变形控制关键技术 4 工件残余应力稳定化处理 5 增强工件加工过程刚性 6 数控编程及切削参数优化技术 7 装夹系统优化技术 8 高速切削技术 9 物理仿真技术 10 加工后校形技术
1、引言
数控加工技术已经成为航空航天产品制造的关键 技术之一。航空航天产品中有大量金属薄壁件，并向 重量轻、精度高、结构复杂方向发展，例如飞机壁板、 肋、梁、框、缘条、长绗以及座舱盖骨架等；而金属 薄壁件的加工中存在装夹困难、容易变形、加工精度 难以保证等问题，故金属薄壁件的加工工艺技术成为 难点。如何使其加工工艺变得简单化、较好地控制变 形，并高效率、高质量、低成本完成加工，成为数控 加工工艺技术发展的一个重点。
4.4 人工时效与自然时效
消除应力有自然时效、热时效、振动时效、静 态过载时效、爆炸时效、超声冲击振动时效、循 环加载时效等，虽然都有优缺点，但都在一定程 度上达到消除和均化的目的。工件变形问题可以 通过切削去大部分加工余量后，再进行人工时效 处理或较长时间的自然时效，均可有效的解决。 因此，只要注意工艺安排及时效处理即可解决。
2、影响数控加工变形原因
影响数控加工变形原因分析
3、数控加工变形控制关键技术
工件残余应力稳定化处理技术
数控编程及切削参数优化技术
数控加工 变形控制 关键技术
装夹系统优化技术 增强工件加工过程刚性技术 物理仿真与变形误差补偿技术
数控高速加工技术
加工后校形技术
4、工件残余应力稳定化处理
自然时效
人工热时效 冷热循环时效
5.1 工艺凸台应用
在大型复杂结构件的数控加工中，应广泛采用工艺 凸台装夹策略，并根据产品工艺特点，设计不同类型的 装夹工艺凸台（工艺搭子）和辅助支撑。并利用辅助支 撑强化切削点的刚性以减少因弹性变形而引起的精度误 差，使工件加工具有良好的开敞性，无须考虑刀具和余 料的碰撞，排屑更加方便，也有利于应力释放。
4.3 振动时效
振动时效在国外称VSR（Vibratory Stress Relief），振动时效对于消除、均化和减小金属构 件的残余应力，提高工件抗动载荷变形能力，稳 定构件尺寸精度有比较好的效果。目前针对重量 较轻的薄壁零件，多采用智能型多级振动时效工 艺和超声振动工艺。
采用铝合金VSR多级振动时效消除应力工艺技术， 匀化和消除铸铝件材料内应力和切削加工产生的内应 力，稳定工件尺寸精度，缩短加工周期。振动时效的 实质是以共振的形式给工件施加附加动应力，当附加 动应力与残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极 限时，工件发生微观或宏观塑性变形，从而降低和均 化工件内部的残余应力，并使其尺寸精度达到稳定。 多级振动时效技术是在传统振动时效技术的基础上， 自动捕捉工件3～5个亚共振频率，更彻底消除和均化 工件内部残余应力，特别是对重量较轻的工件，多级 振动时效技术尤其适合。
批生产时可利用工件加工的轮回时间间隙，进 行自然时效。自然时效最短时间一般不得少于72 小时。
4.5 冷热循环时效处理
冷热循环时效处理在小中型铝材料薄壁零件加工应用 比较广泛，特别是摄式－50°C~ －90°C的深冷冰柜应用， 使得其工艺比在专用容器（保温、隔热）里加入一定量的 液氮进行深冷处理，更具有实用性和可操作性。如下图是 某铝合金的薄壁件采用的冷热循环时效处理参数。结果表 明高低温循环处理对消除铝合金件的残余应力பைடு நூலகம்改善材料 的切削加工性能、减少切削加工变形有明显的效果。
5.3 低熔点合金应用
采用低熔点合金（ Low Melting Alloy ），类 似铸造原理，将低熔点填料填充在工件腔体或人为 设计的工艺腔体之中，使零件成为实心刚性体；由 于零件刚性提高，同时可以提供了装夹面和定位基 准面，装夹及找正方便，使得零件的加工工艺性大 大改善，加工精度提高。加工完毕，加热使低熔点 合金或低熔点填料熔化、倒出、回收即可，填料可 重复使用。由于加热温度低，不会影响零件的材料 状态，也不会引起零件的变形，不损伤零件，最终 得到高精度的复杂薄壁零件。
5、增强工件加工过程刚性
石膏 填料
低熔点 合金
增强 工件刚性
工艺 凸台
胎具 工装
增强零件刚性和紧固零件方法有多种，具体有: 1、浇灌石腊; 2、浇灌石膏; 3、应用低熔合金。此 外还应用明矾、低熔塑料。在其它零件加工中, 还
有用硫磺、松香、牙托粉等材料的情况。俄罗斯 近几年使用一种尿素树脂聚合物, 作为增强零件刚 性的材料。该聚合物是由96% 的尿素树脂和4% 的硫酸钾组成，熔融温度为134~ 140°C。固化迅 速, 刚性好,粘结力强, 溶解速度快, 价格便宜。可局 部或整体地增强非刚性零件的刚性。加工完毕后, 把零件加热或放入水中, 聚合物可自行与零件脱开。
5.2 石膏填料在薄壁件加工中应用
石膏作为填料增强薄壁结构件工艺刚性，是一种 非常经济实用的方法，其要点是要在加工时，设计 工艺腔体或人为围成腔体，一次将一个面加工成型， 浇上石膏，经快速固化后，修平基准即可使用，目 前石膏填料工艺方法已在航空大型薄壁结构件中大 量使用。
填石膏的工件表面必须涂刷防锈油以防锈蚀；在 填石膏的工件表面尽可能铺一层油封纸（或塑料薄 膜）；另外，由于石膏凝固时产生热量，对于深腔 体工件必须分几次填入石膏。