一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方法
【專(zhuān)利摘要】一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方法，將機(jī)油和面粉按照特定的比例混合，填充到薄壁零件的腔體中，提高薄壁件的整體剛度，改變零件的固有振動(dòng)頻率，減輕顫振，減少薄壁零件的切削加工變形，從而解決其因剛性差與顫振而產(chǎn)生的影響工件表面質(zhì)量的問(wèn)題，保證薄壁件的加工精度和表面質(zhì)量。該填充支撐方法的研制成功，不僅在技術(shù)上解決了型號(hào)研制過(guò)程中薄壁件加工的難題，其加工方案以及機(jī)油和面粉的混合比例參數(shù)，對(duì)航空、航天、兵器等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域中的許多精度要求高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜尤其是不易裝夾的薄壁異型件高效精密加工，也具有較強(qiáng)的參考價(jià)值和一定的指導(dǎo)意義，可用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種填充支撐方法，特別是一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方 法，屬于成型工裝加工設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代航空、航天、兵器等國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域的許多重要零件為鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)，并且具 有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件精度要求高的特點(diǎn)，例如航天領(lǐng)域中鋁合金整體框、梁及大型整體壁板。 雖然，目前先進(jìn)的數(shù)控加工設(shè)備可以達(dá)到很高的剛度和精確的運(yùn)動(dòng)控制，但是，由于薄壁結(jié) 構(gòu)零件剛度差，在加工過(guò)程中受到殘余應(yīng)力、裝夾力、切削力、切削熱等因素作用，薄壁結(jié)構(gòu) 零件極易發(fā)生加工變形和切削振動(dòng)，導(dǎo)致加工誤差，從而難以保證零件的加工精度和表面 質(zhì)量，嚴(yán)重情況下造成零件報(bào)廢。
[0003] 實(shí)踐表明，薄壁件加工過(guò)程中突出的問(wèn)題有三個(gè)：
[0004] (1)加工振動(dòng)
[0005] 加工過(guò)程中薄壁工件與刀具之間的相對(duì)振動(dòng)不僅惡化工件的加工表面質(zhì)量，降低 機(jī)床、刀具的使用壽命，還會(huì)產(chǎn)生危害操作人員的噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)辜庸o(wú)法進(jìn)行。
[0006] (2)局部讓刀變形
[0007] 在切削力的作用下，薄壁工件及刀具可能發(fā)生較大的彈性讓刀變形，存在欠切現(xiàn) 象，導(dǎo)致加工質(zhì)量無(wú)法滿足加工要求。
[0008] (3)整體加工變形
[0009] 薄壁零件加工后存在材料毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力及切削力、切削熱相互耦合作用下產(chǎn) 生的殘余應(yīng)力。當(dāng)卸除裝夾并充分冷卻后，內(nèi)部殘余應(yīng)力重新分布以達(dá)到新的平衡，導(dǎo)致薄 壁零件加工后產(chǎn)生明顯的整體彎曲、扭曲或彎扭組合變形。
[0010] 綜上所述，在保證加工效率的同時(shí)，如何采用有效的措施控制或減少薄壁零件的 加工變形、保證加工質(zhì)量是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。目前，在實(shí)際加工生產(chǎn)中，往往只能通過(guò) 降低工藝參數(shù)進(jìn)行保守加工，這種措施不能完全解決問(wèn)題，最終需要鉗工進(jìn)行打磨后處理， 大大降低了現(xiàn)場(chǎng)的加工效率，浪費(fèi)了人力、物力和財(cái)力。而采用真空夾具、石蠟填充法及低 熔點(diǎn)合金填充法等工藝方法加強(qiáng)支撐，則需要增加實(shí)施裝置，從而增加了加工成本，并且操 作較為復(fù)雜，效率不高等缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種增強(qiáng)薄壁件加工剛 性的填充支撐方法，以油面混合物作為填充物提高弱剛性薄壁件的剛度，解決了其因剛性 差與顫振而產(chǎn)生的影響工件表面質(zhì)量的問(wèn)題，保證了薄壁件的加工質(zhì)量要求。
[0012] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方法，其特征在 于：所述薄壁件的壁厚小于等于2mm，薄壁件外表面開(kāi)有凹槽，且所述凹槽為通槽，槽內(nèi)無(wú) 支撐結(jié)構(gòu)；所述填充支撐方法的步驟如下：
[0013] (1)計(jì)算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計(jì)算所得凹槽體積，按照3 :10的質(zhì)量 比稱(chēng)取機(jī)油和面粉，使得機(jī)油和面粉的總體積大于凹槽體積的20% ;
[0014] (2)在3 :10?4. 5 :10范圍內(nèi)選取一個(gè)機(jī)油和面粉的質(zhì)量比值將步驟⑴中稱(chēng)取 的機(jī)油和面粉混合，形成油面混合物；
[0015] (3)去除薄壁件外表面上的零件毛刺后，用丙酮或酒精將零件凹槽清洗干凈，清除 凹槽內(nèi)的油污和金屬切屑；
[0016] (4)將步驟（2)中的油面混合物填充到步驟（3)中清洗過(guò)的薄壁件外表面凹槽內(nèi)， 在填充過(guò)程中，對(duì)油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對(duì)薄壁件的彈性變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 獲得薄壁件的彈性變形值，所述薄壁件的彈性變形值小于薄壁件加工精度的25% ;
[0017] (5)對(duì)步驟（4)中的薄壁件進(jìn)行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0018] (6)對(duì)步驟（5)中加工完成后的薄壁件進(jìn)行加工精度測(cè)量，若滿足預(yù)先設(shè)定的精 度要求，則進(jìn)入步驟（7)，若沒(méi)有滿足預(yù)定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個(gè)機(jī)油 和面粉的質(zhì)量比值進(jìn)行機(jī)油和面粉的混合；
[0019] (7)將滿足精度要求的薄壁件入庫(kù)保存并記錄步驟（2)中選取的機(jī)油和面粉的質(zhì) 量比值。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0021] (1)本發(fā)明使用油面混合進(jìn)行填充支撐，材料易制成，且成本較低，對(duì)于較復(fù)雜的 薄壁件凹槽易填充，在填充過(guò)程中不易產(chǎn)生應(yīng)力變形，而且收縮率較??；
[0022] (2)本發(fā)明中采用的油面與薄壁件表面具有較好的結(jié)合強(qiáng)度，加工過(guò)程中油面不 會(huì)受切屑液的影響且不易脫落；
[0023] (3)本發(fā)明根據(jù)不同加工精度的需要可以在3 :10?4. 5 :10范圍內(nèi)選取不同質(zhì)量 比的機(jī)油和面粉，可以對(duì)不同精度要求的薄壁件進(jìn)行相應(yīng)的加工，精度選擇更加靈活，且節(jié) 省了加工成本；
[0024] (4)本發(fā)明使用的油面易去除，不需要特殊工具，而且不會(huì)引起零件變形。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0026] 圖2為儀器板圓梁三維結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0028] 本發(fā)明中所述薄壁件的壁厚小于等于2mm，薄壁件外表面開(kāi)有凹槽，且所述凹槽為 通槽，槽內(nèi)無(wú)支撐結(jié)構(gòu)；如圖2所示為一種薄壁件-儀器板圓梁三維結(jié)構(gòu)圖，圖中的1為凹 槽。
[0029] 如圖1所示為本發(fā)明流程圖，由圖1可知，本發(fā)明提出的一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性 的填充支撐方法，具體步驟如下：
[0030] (1)計(jì)算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計(jì)算所得凹槽體積，按照3 :10的質(zhì)量 比稱(chēng)取機(jī)油和面粉，使得機(jī)油和面粉的總體積大于凹槽體積的20% ;所述薄壁件的壁厚小 于等于2mm，所述凹槽為通槽，槽內(nèi)無(wú)支撐結(jié)構(gòu)；
[0031] (2)在3 :10?4. 5 :10范圍內(nèi)選取一個(gè)機(jī)油和面粉的質(zhì)量比值將步驟⑴中稱(chēng)取 的機(jī)油和面粉混合，形成油面混合物；
[0032] (3)去除薄壁件外表面上的零件毛刺后，用丙酮或酒精將零件凹槽清洗干凈，清除 凹槽內(nèi)的油污和金屬切屑；
[0033] (4)將步驟（2)中的油面混合物填充到步驟（3)中清洗過(guò)的薄壁件外表面凹槽內(nèi)， 在填充過(guò)程中，對(duì)油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對(duì)薄壁件的彈性變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)， 獲得薄壁件的彈性變形值，所述薄壁件的彈性變形值小于薄壁件加工精度的25% ;
[0034] (5)對(duì)步驟（4)中的薄壁件進(jìn)行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0035] (6)對(duì)步驟（5)中加工完成后的薄壁件進(jìn)行加工精度測(cè)量，若滿足預(yù)先設(shè)定的精 度要求，則進(jìn)入步驟（7)，若沒(méi)有滿足預(yù)定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個(gè)機(jī)油 和面粉的質(zhì)量比值進(jìn)行機(jī)油和面粉的混合；
[0036] (7)將滿足精度要求的薄壁件入庫(kù)保存并記錄步驟（2)中選取的機(jī)油和面粉的質(zhì) 量比值。
[0037] 實(shí)施例：
[0038] (1)按照儀器板圓梁的尺寸，制作三種不同質(zhì)量比例的油面混合物，即稱(chēng)取600g 機(jī)油、2000g面粉待制作油面混合物I，稱(chēng)取800g機(jī)油、2000g面粉待制作油面混合物II，稱(chēng) 取900g機(jī)油、2000g面粉待制作油面混合物III ;
[0039] (2)將面粉放入量器中，往面粉上逐步撒機(jī)油，同時(shí)用手不停地揉搓面粉，使得機(jī) 油與面粉充分接觸，直至無(wú)剩余干面粉，將制成的油面混合物存放于密封環(huán)境；
[0040] (3)用刮刀去除零件毛刺，并用無(wú)紡布沾濕酒精擦拭零件凹槽表面，去除油污和金 屬切屑；
[0041] (4)根據(jù)零件凹槽的大小，將步驟（2)形成的油面混合物制成與凹槽體積大小適 宜的油面混合物填充到凹槽中，使油面混合物與凹槽表面充分接觸，填充過(guò)程注意用力大 小，并利用百分表對(duì)零件的彈性變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得零件的彈性變形值，此彈性變形值應(yīng)小 于0. 075mm，根據(jù)凹槽的相對(duì)位置關(guān)系，應(yīng)對(duì)稱(chēng)的完成各凹槽的填充油面混合物工作；
[0042] (5)將完成步驟（4)的零件放于加工機(jī)床的臺(tái)面上，用壓板壓實(shí)零件，壓實(shí)過(guò)程 中應(yīng)掌握好夾緊力，用數(shù)個(gè)百分表監(jiān)測(cè)零件在裝夾過(guò)程中變形量，控制裝夾過(guò)程變形量在 0. 02mm 以內(nèi)；
[0043] (6)加工完成后，根據(jù)凹槽的相對(duì)位置關(guān)系，應(yīng)對(duì)稱(chēng)的完成將油面混合物從零件凹 槽中勻速取出的工作。
[0044] (7)對(duì)加工后的儀器板圓梁進(jìn)行了平面度與平行度檢測(cè)，表1、表2為測(cè)量結(jié)果。 從表1、表2中可以看出，采用油面填充支撐方法比未采用油面填充支撐方法零件加工精度 高，說(shuō)明油面填充支撐方法可以有效提高弱剛性薄壁零件加工過(guò)程中的穩(wěn)定性，改善加工 質(zhì)量。
[0045] 采用機(jī)油和面粉不同質(zhì)量比制成的油面混合物因油面混合物中機(jī)油與面粉比例 不同，導(dǎo)致油面混合物的硬度不一樣，對(duì)加工過(guò)程中零件穩(wěn)定性的保護(hù)是不一樣的。表1所 示為儀器板圓梁平面度檢測(cè)結(jié)果，表2所示為儀器板圓梁平行度檢測(cè)結(jié)果，從表1、表2中 可知，采用油面混合物I (比例3:10)加工效果最好，說(shuō)明油面混合物I的硬度與零件凹 槽本身剛性較吻合，很好的起到了提高零件加工過(guò)程中的穩(wěn)定性作用，而采用油面混合物 Ill (比例4. 5:10)加工效果較差，加工精度已經(jīng)超出圖紙要求，說(shuō)明油面混合物III因面粉所 占比例較大導(dǎo)致油面混合物硬度過(guò)低，導(dǎo)致與零件凹槽貼合不實(shí)，加工過(guò)程中油面混合物 未能起到支撐凹槽表面的效果，需調(diào)整油面混合物III中機(jī)油和面粉質(zhì)量比，以滿足加工精 度要求。
[0046]表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種增強(qiáng)薄壁件加工剛性的填充支撐方法，其特征在于：所述薄壁件的壁厚小于等 于2mm，薄壁件外表面開(kāi)有凹槽，且所述凹槽為通槽，槽內(nèi)無(wú)支撐結(jié)構(gòu)；所述填充支撐方法 的特征在于步驟如下 ： (1) 計(jì)算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計(jì)算所得凹槽體積，按照3 :10的質(zhì)量比稱(chēng) 取機(jī)油和面粉，使得機(jī)油和面粉的總體積大于凹槽體積的20% ; (2) 在3 :10?4.5 :10范圍內(nèi)選取一個(gè)機(jī)油和面粉的質(zhì)量比值將步驟⑴中稱(chēng)取的機(jī) 油和面粉混合，形成油面混合物； (3) 去除薄壁件外表面上的零件毛刺后，用丙酮或酒精將零件凹槽清洗干凈，清除凹槽 內(nèi)的油污和金屬切屑； (4) 將步驟（2)中的油面混合物填充到步驟（3)中清洗過(guò)的薄壁件外表面凹槽內(nèi)，在填 充過(guò)程中，對(duì)油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對(duì)薄壁件的彈性變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得 薄壁件的彈性變形值，所述薄壁件的彈性變形值小于薄壁件加工精度的25% ; (5) 對(duì)步驟（4)中的薄壁件進(jìn)行加工，加工完成后取出油面混合物； (6) 對(duì)步驟（5)中加工完成后的薄壁件進(jìn)行加工精度測(cè)量，若滿足預(yù)先設(shè)定的精度要 求，則進(jìn)入步驟（7)，若沒(méi)有滿足預(yù)定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個(gè)機(jī)油和面 粉的質(zhì)量比值進(jìn)行機(jī)油和面粉的混合； (7) 將滿足精度要求的薄壁件入庫(kù)保存并記錄步驟（2)中選取的機(jī)油和面粉的質(zhì)量比 值。
【文檔編號(hào)】B23Q3/00GK104259883SQ201410469590
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】李光, 金志清, 王連友, 張霞, 白忠奕, 白燕 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星制造廠