机械加工工艺对飞机工装零部件精度及寿命的影响

王海燕

吉林化工学院，吉林 吉林 132022

飞机装配多数由飞机制造厂商自行完成，目前由于数字化设计和计算机远程辅助设计的发展，飞机工装夹具设计已不再是装配进度的掣肘部分，而飞机工装零部件的制造却因为飞机的多品种、小批量和不断提高的精度导致加工速度迟缓，因此有必要改进飞机工装零部件的机械加工工艺。不同的零件对加工工艺有不同的需求，同一个加工工艺面对不同类型零件的加工可能产生不同的影响。为了进一步提升零件的精准性，必须选择合适的加工工艺，特殊情况下要对特殊零件设计个性化加工工艺。机械加工是一个综合工程，加工工艺只是其中的一个环节，众多因素都能影响工艺的选择，从而制约零件加工精细度的提升。为了生产出符合市场需求的个性化零件，机械加工企业必须优化流程，提升零件加工的精细化程度。

1 机械加工工艺现状

机械加工工艺是一切产品生产的前提。操作者将原材料按照规定的加工方法和规定的加工路线进行加工，这就是机械加工工艺。加工工艺直接关系到产品的精度与质量[1]，因此，在产品加工前，必须严格制定出合理的加工工艺。

我国的机械加工工艺存在的主要问题在于研发资金不足、技术水平落后合管理执行不到位等。目前国内高科技的加工技术大多由国外引进，而不是自主研发，从某种程度上而言，存在着限制性和不稳定性。除此之外，在加工工艺执行的过程中，操作者和加工设备也十分关键，需对操作者进行相关培训，并且定期对加工设备进行检查与保养，解决这些外界因素才能保证零件的加工精度与质量[2]。

2 机械加工工艺对零部件寿命及精度的影响

产品的加工过程，首先通过图纸来表达产品的结构和尺寸，其次运用机械加工的方法来改变毛坯的形状、尺寸等来做成合格零件。每个产品完成加工的工艺路线很多，通常会选择最节约成本和符合制造商实际生产条件的工艺路线来加工，尽管能满足图纸要求。但是不同路线所加工出来的零件所受到的切削力和内部应力是完全不同的,因此需要对加工工艺影响零件寿命的因素进行分析和研判，制订合理的加工方案，这样才能使产品的精度和寿命得到显著提升。

2.1 影响零部件寿命及精度的受力变形因素

在进行零件结构加工时，根据加工方式的不同，工件的重力和切削力等多种力会产生强大的外力，机械系统因为内部持续工作，非常容易疲劳断裂。例如，在工装中常用的变径连接件，既承受外部连接力，同时在内部也存在压力，在应力和各种力量下变径处总是产生疲劳断裂。在其表面完整加工时，加工方法和刀具的形状不同直接影响其表面质量，导致连接处泄漏。

2.2 影响零部件寿命及精度的受力变形分析

文章以飞机工装中的典型部件——连接件为例加以说明。为保证变径连接件的正常使用，可以借助有限元软件对其进行工作应力下和水压应力下的应力分析，得出在连接件的圆角过渡区存在的高压力。

根据《钢制压力容器——应力分析法设计标准》（JB 4732－1995）的评定标准，在高压力区选择了4条评定线，如图1所示，并分别对薄膜应力（PL）及弯曲应力（Q）进行强度评定，评定结果如表1、表2所示。

表2 连接件在水压应力下的强度评定值

图1 应力强度评定线

表1 连接件在工作应力下的强度评定值

通过ANSYS有限元分析评定结果得知，变径连接件的各应力强度在规范规定的范围之内，由此判定变径连接件在工作情况下是安全的。

3 优化加工工艺提升精度和寿命的方法

由于我国的航空产业起步较晚，相较于发达国家，飞机工装设计水平还有待提高。随着飞机数字化设计技术的应用，飞机工装零部件的标准化也需要不断推进下去。当飞机工装零部件形成了标准化并配备资源库后，不但可以提升加工速度，在标准化的工艺流程上也将使工装零部件的精度和寿命得以提升[3]。

3.1 原料选择

飞机附件对精度和温度都有特殊要求的部位，所制造的工装夹具同样也要具有相同的性能，来确保在规定温度和湿度的环境下保证定位和安装的精度。因此，选择工装材料时，通常是在保证工装夹具的性能和精度的前提下，兼顾考虑工装夹具的使用寿命，并且所选择材料应是制造商材料储备中所具备的材料[4]。这就需要对各项指标统一作出合理的分析，从众多的材料中找到性能、质量、寿命和成本最优的方案来执行，实现效益的最大化。

3.2 加工工艺路线制订

工艺路线的制订需要以目前企业所具备的零部件加工能力为前提，制订出多条加工路线，在机械加工中能一次完成所有工序或者是完成部分工序，要将诸多工序尽最大能力集中在一起，如果不能则要尽量减少多次装夹定位，避免造成定位误差[5-6]。同时优化加工工艺路线，确保工艺路线不要过长，尽量保证集中性。在此基础上，通过实验或者数字模拟软件来分析各条路线中哪一个工艺路线能提高工装零部件寿命。加工出的零件在确保精度的前提下，其成本也控制在合理的范围内。

3.3 加工设备优化

在现代化设备工艺生产加工条件下，零部件制造机械设备的质量至关重要，直接决定着零件的加工质量，除定期要对现有加工设备进行硬件维护保养，确保加工设备刚性，还要及时更换精度不足的硬件保证其加工精度，同时要定期对设备的软件进行更新，优化机床操作和程序，确保始终能保持最短的加工工艺、最佳的加工方案，既能保证质量，又能保证进度。

3.4 加工刀具

在进行零部件加工时，最直接影响零部件表面质量的是加工所使用的刀具，特别是对于有气密性要求的连接件，失效原因大多数为连接不紧密，出现漏气、漏液现象。这种现象的出现其实是零部件表面质量和材料内部受力所造成的，这其中刀具的大小、长短，刀刃形状、角度和刀具的材质的选择直接影响着表面质量，因此在加工中要保持加工环境中的实际参数与理论参数相符，应定时对刀具的磨损情况进行监测，确保加工刀具的参数正确。

3.5 质量控制

工装零部件的检测通常由专职检测与操作检测同时进行，只有提高两者的质量意识，才能精益求精，避免零部件的寿命缩短。同时，工装零部件中的检测控制点不要设置过多，突出控制重点，合理安排检测节点，避免重复检测。此外，可以成立由操作者和检验员组成的质量团队，在自检、互检、专职检基础上，建立问题反馈机制，通过问题来寻找加工中的存在的漏洞，从而优化零部件质量，提升零部件寿命。

4 结束语

为了实现飞机工装的精准性，保证工装使用寿命，确保产品质量，需要对机械加工工艺进行优化或改进，并建立标准的工艺路线体系，同时在后续的工作中不断总结经验教训。随着机械加工技术的提升，还要通过引进新技术、新方法、新设备，定时更新加工工艺方案，从而达到最佳的加工效果。