超大型钛板整体加工变形控制流程及加工变形控制效果

超大型钛板类零件长径比很大，加工过程中容易造成零件侧弯，导致真空泄漏，零件反弹，从而造成零件加工超差。所以控制零件的侧弯也是非常重要的，为保证加工的稳定性，在加工过程中采用多个限位插销定位零件的方式来防止侧弯。

超大型钛板类零件的毛坯采用大型预拉伸钛板材，毛坯整体重量可达到5~6t，在存放及运输过程中，由于振动、温度变化等因素的影响，毛坯本身容易产生很大的变形，对装夹定位带来很大的影响。如一块19000mm×1500mm×75mm的毛坯经过存放、运输后，变形量最大达到8mm，呈现“拱起”的状态，使得零件无法装夹到平台上去。因此，对毛坯的变形进行处理是非常重要和必要的。采用大余量去除余料对毛坯进行开槽的方式来消除毛坯的变形，根据零件的结构特征，在保证加工余量的前提下，去除毛坯的余料部分达到毛坯总量的40%左右。大余量去除余料后，毛坯的残余应力得到很好的释放，零件变形减少，控制在1mm左右，而且毛坯重量大大降低，降低了零件翻面等操作带来的困难。大余量去除余料对机床和刀具没有特殊的要求，而且加工效率较高，不仅解决了毛坯变形的问题，而且提高了零件加工的整体效率。

粗加工
粗加工在保留精加工余量3mm的要求下，形成零件的基本轮廓，零件的基本结构已经形成。经粗加工后，对零件进行48h自然时效，充分释放应力。粗加工主要是为了消除零件结构特征带来的应力释放而造成的变形，粗加工后的余量要满足精加工的要求并保证精加工去除余量后不会造成大的变形，根据结构特点的不同，一般将粗加工余量设置为3~5mm。经过粗开毛坯和粗加工后，零件毛坯的残余应力90%以上都得到了释放和均布，并形成了以零件理论尺寸为基础、均布3~5mm余量的“模坯”，在这种情况下，才能满足精加工的要求，在小余量精加工的环境下才能保证零件的加工精度。

精加工准备
粗加工结束后，对零件进行自然时效，然后进行真空装夹。由于零件长度方向沿毛坯的纤维方向，在毛坯出去余料及粗加工过程中，切削方向也主要是沿纤维方向，所以在零件长度方向变形量稍大，为满足精度要求需在精加工前进行判断并调整精加工工艺。

应用在线测量技术在机床工位上对零件两端进行在线检测，测量粗加工效果，为精加工做准备。根据实际零件的伸长或缩短的变形量，预判最后零件的变形情况，再相应调整加工两端的偏移量，以达到对零件最终零件伸长或缩短量的控制。实际加工过程中通过该方式将最大的伸长或缩短的变形0.5mm控制到0.2mm以内，达到了比较好的效果。

精加工工艺
通过精加工将形成零件的最终尺寸，因此精加工过程是非常重要的。由于零件尺寸巨大，而且结构相对较复杂，所以在精加工过程中要对工艺进行科学的设置。如图4所示，分别对某局部结构进行加工过程的等效分析，单向的加工容易造成零件应力“推积”而造成变形积聚。对加工的顺序进行调整安排，采用往复加工的方式能够很好地均化应力而减少变形，其效果是非常明显的。因此制定精加工工艺时，采用“局部往复、总体无序”的加工方式，把零件分为几个区域，区域内采用往复加工的方式，区域间采用对称的顺序，从而减少零件的变形。

全过程加工变形控制的思路适用于尺寸大、结构复杂、加工周期长、造价昂贵的结构件的加工，对于此类零件而言，加工变形控制直接决定了加工结果。对于大飞机研制而言，超大型钛板类零件的加工精度有非常重要的意义，所以控制加工变形是非常重要的。这种控制加工变形的工艺方法也是具有重要意义的。实践生产表明，零件长度达到19m左右的超大型钛板类零件应用整体加工变形控制的工艺，变形问题得到了很好的解决，零件整体加工精度达到0.2mm左右，达到了大飞机研制的要求，这种加工变形控制方法也有很好的推广应用价值。