数控加工变形控制PPT课件

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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。
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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。
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低熔点合金配制
低熔点合金的熔化温度可配置成47°C～262°C，可 通过几种常用合金元素不同配比获得。铋(Bi)、铅(Pb)、 锡(Sn)、铟(In)、锑(Sb)等几种金属元素是比较理想的 低熔点合金组分。锡熔点231.9°C，铅熔点为327.4°C， 锑熔点为630.5°C；铟熔点为156.6°C，具有热缩冷胀性 质，但价高；铋熔点为271.3°C，密度为9.75，无毒无 害，并具有热缩冷胀特性，铋同铅、锡、锑、铟等金属 组成的二元、三元、四元、五元合金，改变这些金属在 合金中所占的百分比，就可获得47°C～262°C熔点和不 同物理性质的合金。
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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
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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。聚合物可自行与零件脱开。
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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。
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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。
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。
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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、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。
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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。
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。
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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。
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2、影响数控加工变形原因
影响数控加工变形原因分析
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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
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4.2 坯料冷镦及校平工艺
数控加工变形控制策略
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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
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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。