一種增強薄壁件加工剛性的填充支撐方法
【專利摘要】一種增強薄壁件加工剛性的填充支撐方法，將機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生的影響工件表面質量的問題，保證薄壁件的加工精度和表面質量。該填充支撐方法的研制成功，不僅在技術上解決了型號研制過程中薄壁件加工的難題，其加工方案以及機油和面粉的混合比例參數，對航空、航天、兵器等國防工業領域中的許多精度要求高、結構復雜尤其是不易裝夾的薄壁異型件高效精密加工，也具有較強的參考價值和一定的指導意義，可用于指導實際生產。
【專利說明】一種增強薄壁件加工剛性的填充支撐方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種填充支撐方法，特別是一種增強薄壁件加工剛性的填充支撐方 法，屬于成型工裝加工設計【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 現代航空、航天、兵器等國防工業領域的許多重要零件為鋁合金薄壁結構，并且具 有結構復雜、零件精度要求高的特點，例如航天領域中鋁合金整體框、梁及大型整體壁板。 雖然，目前先進的數控加工設備可以達到很高的剛度和精確的運動控制，但是，由于薄壁結 構零件剛度差，在加工過程中受到殘余應力、裝夾力、切削力、切削熱等因素作用，薄壁結構 零件極易發生加工變形和切削振動，導致加工誤差，從而難以保證零件的加工精度和表面 質量，嚴重情況下造成零件報廢。
[0003] 實踐表明，薄壁件加工過程中突出的問題有三個：
[0004] (1)加工振動
[0005] 加工過程中薄壁工件與刀具之間的相對振動不僅惡化工件的加工表面質量，降低 機床、刀具的使用壽命，還會產生危害操作人員的噪聲，嚴重時甚至會使加工無法進行。
[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生較大的彈性讓刀變形，存在欠切現 象，導致加工質量無法滿足加工要求。
[0008] (3)整體加工變形
[0009] 薄壁零件加工后存在材料毛坯初始殘余應力及切削力、切削熱相互耦合作用下產 生的殘余應力。當卸除裝夾并充分冷卻后，內部殘余應力重新分布以達到新的平衡，導致薄 壁零件加工后產生明顯的整體彎曲、扭曲或彎扭組合變形。
[0010] 綜上所述，在保證加工效率的同時，如何采用有效的措施控制或減少薄壁零件的 加工變形、保證加工質量是一個亟待解決的問題。目前，在實際加工生產中，往往只能通過 降低工藝參數進行保守加工，這種措施不能完全解決問題，最終需要鉗工進行打磨后處理， 大大降低了現場的加工效率，浪費了人力、物力和財力。而采用真空夾具、石蠟填充法及低 熔點合金填充法等工藝方法加強支撐，則需要增加實施裝置，從而增加了加工成本，并且操 作較為復雜，效率不高等缺點。
【發明內容】
[0011] 本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種增強薄壁件加工剛 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 差與顫振而產生的影響工件表面質量的問題，保證了薄壁件的加工質量要求。
[0012] 本發明的技術解決方案是：一種增強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，薄壁件外表面開有凹槽，且所述凹槽為通槽，槽內無 支撐結構；所述填充支撐方法的步驟如下：
[0013] (1)計算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計算所得凹槽體積，按照3 :10的質量 比稱取機油和面粉，使得機油和面粉的總體積大于凹槽體積的20% ;
[0014] (2)在3 :10?4. 5 :10范圍內選取一個機油和面粉的質量比值將步驟⑴中稱取 的機油和面粉混合，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)中清洗過的薄壁件外表面凹槽內， 在填充過程中，對油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對薄壁件的彈性變形進行監測， 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)對步驟（4)中的薄壁件進行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0018] (6)對步驟（5)中加工完成后的薄壁件進行加工精度測量，若滿足預先設定的精 度要求，則進入步驟（7)，若沒有滿足預定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個機油 和面粉的質量比值進行機油和面粉的混合；
[0019] (7)將滿足精度要求的薄壁件入庫保存并記錄步驟（2)中選取的機油和面粉的質 量比值。
[0020] 本發明與現有技術相比的有益效果是：
[0021] (1)本發明使用油面混合進行填充支撐，材料易制成，且成本較低，對于較復雜的 薄壁件凹槽易填充，在填充過程中不易產生應力變形，而且收縮率較小；
[0022] (2)本發明中采用的油面與薄壁件表面具有較好的結合強度，加工過程中油面不 會受切屑液的影響且不易脫落；
[0023] (3)本發明根據不同加工精度的需要可以在3 :10?4. 5 :10范圍內選取不同質量 比的機油和面粉，可以對不同精度要求的薄壁件進行相應的加工，精度選擇更加靈活，且節 省了加工成本；
[0024] (4)本發明使用的油面易去除，不需要特殊工具，而且不會引起零件變形。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明流程圖；
[0026] 圖2為儀器板圓梁三維結構圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0028] 本發明中所述薄壁件的壁厚小于等于2mm，薄壁件外表面開有凹槽，且所述凹槽為 通槽，槽內無支撐結構；如圖2所示為一種薄壁件-儀器板圓梁三維結構圖，圖中的1為凹 槽。
[0029] 如圖1所示為本發明流程圖，由圖1可知，本發明提出的一種增強薄壁件加工剛性 的填充支撐方法，具體步驟如下：
[0030] (1)計算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計算所得凹槽體積，按照3 :10的質量 比稱取機油和面粉，使得機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，槽內無支撐結構；
[0031] (2)在3 :10?4. 5 :10范圍內選取一個機油和面粉的質量比值將步驟⑴中稱取 的機油和面粉混合，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)中清洗過的薄壁件外表面凹槽內， 在填充過程中，對油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對薄壁件的彈性變形進行監測， 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)對步驟（4)中的薄壁件進行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0035] (6)對步驟（5)中加工完成后的薄壁件進行加工精度測量，若滿足預先設定的精 度要求，則進入步驟（7)，若沒有滿足預定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個機油 和面粉的質量比值進行機油和面粉的混合；
[0036] (7)將滿足精度要求的薄壁件入庫保存并記錄步驟（2)中選取的機油和面粉的質 量比值。
[0037] 實施例：
[0038] (1)按照儀器板圓梁的尺寸，制作三種不同質量比例的油面混合物，即稱取600g 機油、2000g面粉待制作油面混合物I，稱取800g機油、2000g面粉待制作油面混合物II，稱 取900g機油、2000g面粉待制作油面混合物III ;
[0039] (2)將面粉放入量器中，往面粉上逐步撒機油，同時用手不停地揉搓面粉，使得機 油與面粉充分接觸，直至無剩余干面粉，將制成的油面混合物存放于密封環境；
[0040] (3)用刮刀去除零件毛刺，并用無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，填充過程注意用力大 小，并利用百分表對零件的彈性變形進行監測，獲得零件的彈性變形值，此彈性變形值應小 于0. 075mm，根據凹槽的相對位置關系，應對稱的完成各凹槽的填充油面混合物工作；
[0042] (5)將完成步驟（4)的零件放于加工機床的臺面上，用壓板壓實零件，壓實過程 中應掌握好夾緊力，用數個百分表監測零件在裝夾過程中變形量，控制裝夾過程變形量在 0. 02mm 以內；
[0043] (6)加工完成后，根據凹槽的相對位置關系，應對稱的完成將油面混合物從零件凹 槽中勻速取出的工作。
[0044] (7)對加工后的儀器板圓梁進行了平面度與平行度檢測，表1、表2為測量結果。 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程中的穩定性，改善加工 質量。
[0045] 采用機油和面粉不同質量比制成的油面混合物因油面混合物中機油與面粉比例 不同，導致油面混合物的硬度不一樣，對加工過程中零件穩定性的保護是不一樣的。表1所 示為儀器板圓梁平面度檢測結果，表2所示為儀器板圓梁平行度檢測結果，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程中的穩定性作用，而采用油面混合物 Ill (比例4. 5:10)加工效果較差，加工精度已經超出圖紙要求，說明油面混合物III因面粉所 占比例較大導致油面混合物硬度過低，導致與零件凹槽貼合不實，加工過程中油面混合物 未能起到支撐凹槽表面的效果，需調整油面混合物III中機油和面粉質量比，以滿足加工精 度要求。
[0046]表 1
【權利要求】
1. 一種增強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，薄壁件外表面開有凹槽，且所述凹槽為通槽，槽內無支撐結構；所述填充支撐方法 的特征在于步驟如下 ： (1) 計算薄壁件外表面凹槽的體積，并利用計算所得凹槽體積，按照3 :10的質量比稱 取機油和面粉，使得機油和面粉的總體積大于凹槽體積的20% ; (2) 在3 :10?4.5 :10范圍內選取一個機油和面粉的質量比值將步驟⑴中稱取的機 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)中清洗過的薄壁件外表面凹槽內，在填 充過程中，對油面混合物施加外部壓力，并利用百分表對薄壁件的彈性變形進行監測，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) 對步驟（4)中的薄壁件進行加工，加工完成后取出油面混合物； (6) 對步驟（5)中加工完成后的薄壁件進行加工精度測量，若滿足預先設定的精度要 求，則進入步驟（7)，若沒有滿足預定的精度要求，則返回步驟（2)，重新選擇一個機油和面 粉的質量比值進行機油和面粉的混合； (7) 將滿足精度要求的薄壁件入庫保存并記錄步驟（2)中選取的機油和面粉的質量比 值。
【文檔編號】B23Q3/00GK104259883SQ201410469590
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月15日 優先權日:2014年9月15日
【發明者】李光, 金志清, 王連友, 張霞, 白忠奕, 白燕 申請人:北京衛星制造廠