一种C形零件的机加误差分析与变形控制

陈俊梅

(成都凯天电子股份有限公司，四川 成都610091)

1 任务来源

来自中航工业西安飞行自动控制研究所的转包生产任务，如图1 所示。该零件为飞机结构件，材料为7050，尺寸以及形位误差要求高。

2 工件特点与变形分析

2.1 工件特点

2.2 问题提出

如图1，按照常规加工方法，六方毛坯;简易数控铣粗加工;稳定处理;数控铣半精加工;稳定处理;数控铣精加工。粗加工留余量1.5 mm/单边，半精加工留余量0.5 mm/单面。结果，第二次稳定处理后，基准A面弯曲变形，中间高，两边低。变形方向是C 形的两开口往中间收缩，开口变小，基准B 的平面度误差达到0.8 mm，这样大的变形量，无法进行后续精加工。

2.3 补救措施

在精加工前，增加校平工序，重新分配余量，采取钳工手工校平，在变形的相反方向施加压力，使工件向相反方向弯曲，产生塑性变形，再在液压机上加压稳定，这样反复手工校平，加压，保证平面度在0.05 mm以内，才能进下道工序。这种工艺方法对工人的技术要求很高，生产效率低。造成质量不稳定，合格率低。

2.4 误差分析

影响加工误差的因素很多，也很复杂。不同的加工方法、不同的加工设备、不同的工人技术水平。加工精度都可能不同。根据实际加工经验分析:该工件的加工误差，主要来自以下4 个方面:第一，定位误差，加工后基准A 面翘曲变形，平面度误差影响到定位精度;第二，夹紧误差，工件各向刚性相差较大，夹紧力的大小、方向和作用点，影响到夹紧变形;第三，由于切削热的作用，使得工件在加工中产生了热变形。工件热变形的大小有加工方法与很大关系;也与工件结构有关;开口工件单面受热，容易产生弯曲变形;第四，加工后，平衡的内应力遭到破坏，当合格工件在机床上卸下后，由于工件内应力的重新分布，工件还在继续变形。

3 工艺控制措施

3.1 改变工艺组织，增加机加刚性

原工艺方案采用板料，切割四方，构成六方毛坯，一个毛坯加工一个零件。改变备料方式，采用棒料φ110 mm×145 mm，每一毛坯同时加工两个零件，把开口C 形变成封闭回字形，增加了机加过程中工艺系统的刚度。

3.2 优化加工方式减小热变形误差

工件热变形的大小与加工方式有很大关系，研究表明，车削中传给工件的热量不到10%，而铣削产生的切削热多得多。一方面，车削由此产生的热变形小;另一方面，工件受热是否均匀也是产生热变形的重要因素。加工R32.5+0.05mm 半圆孔，如图2，采用六方毛坯，单件加工，实际生产过程是数控仿形粗铣，稳定处理后，再数控精铣外形，用R 刀仿形，加工过程单面受热，结果产生弯曲变形;如图3，采用棒料，组合加工，普车偏端面至140.5 mm，车内孔φ60 mm，快速高效去掉大部分余量，普铣外四方，完成粗加工。稳定处理后，数控精铣外形;加工铣2 -R32.5+0.05mm，改变定位装夹方式，组合夹具以基准A、C 定位，其对面分别压紧，进行镗孔;受热相对均匀，加工方法的改变，提高了半圆孔的表面质量，同时，减小热变形误差。

3.3 提高定位基准精度，减小定位误差

如图2，单件加工半圆孔时，以A面、B面定位，侧面夹紧，由于工件C 形截面，刚性差和夹紧因素，导致基准A面弯曲变形大，开口处往中心收缩，保证不了平面度0.05 mm，必须增加校正工序，纠正变形，对操作者技术要求很高，合格率很低。

如图3 的组合加工方式，把C 形开口截面，变成内圆外方的封闭几何体，一方面，提高后续加工刚性问题;另一方面，改变了半圆孔的加工方法。由仿形铣内孔改为数控铣镗孔。精铣外形，提高尺寸加工精度误差±0.02 mm，平面度0.05 mm，相邻侧面垂直度0.03 mm，做定位基准，基准面与定位面贴合度更高，由定位产生的变形就小，从而减小变形误差。

3.4 合理的加工工艺提高产品质量

机加工序与稳定处理工序的时间间隔，工艺特别要求待转时间不宜超过24 h，以防内应力的重新分布加大变形量;还有，加工各面孔系。保证位置度要求。如图2 工序状态加工，工序刚性差，定位夹紧误差大，而加工精度低;如图3 所示，在组合件上加工，刚性好，完成后一分为二，精度高，保证产品质量。

4 结语

作为科研生产第一线的加工难题，经过多次试验与攻关，改进工艺技术，达到设计精度要求。本生产实例，根据产品特点，进行工艺组织，合理采取技术措施，从工件与机床的定位安装方式、加工方法、夹紧方式做了改进，最大限度的减小加工误差;满足高精度设计要求。达到优质、高效、低消耗。

［1］孙桐章，机械加工工艺学［M］;北京:航空工业出版社，1990.

［2］符代文，刘加孝.金属切削表面质量的机理分析语对策［J］，金属加工，2009(22):38 -39.

［3］张金凤，金属材料的工艺性能［M］，北京:机械工业出版社;2010 -01.

［4］唐志涛，刘战强，艾兴，等，金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究［J］，中国机械工程，2007(6)

［5］王庆林 李莉敏 韦级祥.UG 铣削过程实用指导［M］，北京:清华大学出版社

［6］邓文英.金属工艺学［M］.Rev.ed.，北京:高等教育出版社，1981.