一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方法
【专利摘要】一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方法，将机油和面粉按照特定的比例混合，填充到薄壁零件的腔体中，提高薄壁件的整体刚度，改变零件的固有振动频率，减轻颤振，减少薄壁零件的切削加工变形，从而解决其因刚性差与颤振而产生的影响工件表面质量的问题，保证薄壁件的加工精度和表面质量。该填充支撑方法的研制成功，不仅在技术上解决了型号研制过程中薄壁件加工的难题，其加工方案以及机油和面粉的混合比例参数，对航空、航天、兵器等国防工业领域中的许多精度要求高、结构复杂尤其是不易装夹的薄壁异型件高效精密加工，也具有较强的参考价值和一定的指导意义，可用于指导实际生产。
【专利说明】一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种填充支撑方法，特别是一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方 法，属于成型工装加工设计【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 现代航空、航天、兵器等国防工业领域的许多重要零件为铝合金薄壁结构，并且具 有结构复杂、零件精度要求高的特点，例如航天领域中铝合金整体框、梁及大型整体壁板。 虽然，目前先进的数控加工设备可以达到很高的刚度和精确的运动控制，但是，由于薄壁结 构零件刚度差，在加工过程中受到残余应力、装夹力、切削力、切削热等因素作用，薄壁结构 零件极易发生加工变形和切削振动，导致加工误差，从而难以保证零件的加工精度和表面 质量，严重情况下造成零件报废。
[0003] 实践表明，薄壁件加工过程中突出的问题有三个：
[0004] (1)加工振动
[0005] 加工过程中薄壁工件与刀具之间的相对振动不仅恶化工件的加工表面质量，降低 机床、刀具的使用寿命，还会产生危害操作人员的噪声，严重时甚至会使加工无法进行。
[0006] (2)局部让刀变形
[0007] 在切削力的作用下，薄壁工件及刀具可能发生较大的弹性让刀变形，存在欠切现 象，导致加工质量无法满足加工要求。
[0008] (3)整体加工变形
[0009] 薄壁零件加工后存在材料毛坯初始残余应力及切削力、切削热相互耦合作用下产 生的残余应力。当卸除装夹并充分冷却后，内部残余应力重新分布以达到新的平衡，导致薄 壁零件加工后产生明显的整体弯曲、扭曲或弯扭组合变形。
[0010] 综上所述，在保证加工效率的同时，如何采用有效的措施控制或减少薄壁零件的 加工变形、保证加工质量是一个亟待解决的问题。目前，在实际加工生产中，往往只能通过 降低工艺参数进行保守加工，这种措施不能完全解决问题，最终需要钳工进行打磨后处理， 大大降低了现场的加工效率，浪费了人力、物力和财力。而采用真空夹具、石蜡填充法及低 熔点合金填充法等工艺方法加强支撑，则需要增加实施装置，从而增加了加工成本，并且操 作较为复杂，效率不高等缺点。
【发明内容】
[0011] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种增强薄壁件加工刚 性的填充支撑方法，以油面混合物作为填充物提高弱刚性薄壁件的刚度，解决了其因刚性 差与颤振而产生的影响工件表面质量的问题，保证了薄壁件的加工质量要求。
[0012] 本发明的技术解决方案是：一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方法，其特征在 于：所述薄壁件的壁厚小于等于2mm，薄壁件外表面开有凹槽，且所述凹槽为通槽，槽内无 支撑结构；所述填充支撑方法的步骤如下：
[0013] (1)计算薄壁件外表面凹槽的体积，并利用计算所得凹槽体积，按照3 :10的质量 比称取机油和面粉，使得机油和面粉的总体积大于凹槽体积的20% ;
[0014] (2)在3 :10?4. 5 :10范围内选取一个机油和面粉的质量比值将步骤⑴中称取 的机油和面粉混合，形成油面混合物；
[0015] (3)去除薄壁件外表面上的零件毛刺后，用丙酮或酒精将零件凹槽清洗干净，清除 凹槽内的油污和金属切屑；
[0016] (4)将步骤（2)中的油面混合物填充到步骤（3)中清洗过的薄壁件外表面凹槽内， 在填充过程中，对油面混合物施加外部压力，并利用百分表对薄壁件的弹性变形进行监测， 获得薄壁件的弹性变形值，所述薄壁件的弹性变形值小于薄壁件加工精度的25% ;
[0017] (5)对步骤（4)中的薄壁件进行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0018] (6)对步骤（5)中加工完成后的薄壁件进行加工精度测量，若满足预先设定的精 度要求，则进入步骤（7)，若没有满足预定的精度要求，则返回步骤（2)，重新选择一个机油 和面粉的质量比值进行机油和面粉的混合；
[0019] (7)将满足精度要求的薄壁件入库保存并记录步骤（2)中选取的机油和面粉的质 量比值。
[0020] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0021] (1)本发明使用油面混合进行填充支撑，材料易制成，且成本较低，对于较复杂的 薄壁件凹槽易填充，在填充过程中不易产生应力变形，而且收缩率较小；
[0022] (2)本发明中采用的油面与薄壁件表面具有较好的结合强度，加工过程中油面不 会受切屑液的影响且不易脱落；
[0023] (3)本发明根据不同加工精度的需要可以在3 :10?4. 5 :10范围内选取不同质量 比的机油和面粉，可以对不同精度要求的薄壁件进行相应的加工，精度选择更加灵活，且节 省了加工成本；
[0024] (4)本发明使用的油面易去除，不需要特殊工具，而且不会引起零件变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明流程图；
[0026] 图2为仪器板圆梁三维结构图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行进一步的详细描述。
[0028] 本发明中所述薄壁件的壁厚小于等于2mm，薄壁件外表面开有凹槽，且所述凹槽为 通槽，槽内无支撑结构；如图2所示为一种薄壁件-仪器板圆梁三维结构图，图中的1为凹 槽。
[0029] 如图1所示为本发明流程图，由图1可知，本发明提出的一种增强薄壁件加工刚性 的填充支撑方法，具体步骤如下：
[0030] (1)计算薄壁件外表面凹槽的体积，并利用计算所得凹槽体积，按照3 :10的质量 比称取机油和面粉，使得机油和面粉的总体积大于凹槽体积的20% ;所述薄壁件的壁厚小 于等于2mm，所述凹槽为通槽，槽内无支撑结构；
[0031] (2)在3 :10?4. 5 :10范围内选取一个机油和面粉的质量比值将步骤⑴中称取 的机油和面粉混合，形成油面混合物；
[0032] (3)去除薄壁件外表面上的零件毛刺后，用丙酮或酒精将零件凹槽清洗干净，清除 凹槽内的油污和金属切屑；
[0033] (4)将步骤（2)中的油面混合物填充到步骤（3)中清洗过的薄壁件外表面凹槽内， 在填充过程中，对油面混合物施加外部压力，并利用百分表对薄壁件的弹性变形进行监测， 获得薄壁件的弹性变形值，所述薄壁件的弹性变形值小于薄壁件加工精度的25% ;
[0034] (5)对步骤（4)中的薄壁件进行加工，加工完成后取出油面混合物；
[0035] (6)对步骤（5)中加工完成后的薄壁件进行加工精度测量，若满足预先设定的精 度要求，则进入步骤（7)，若没有满足预定的精度要求，则返回步骤（2)，重新选择一个机油 和面粉的质量比值进行机油和面粉的混合；
[0036] (7)将满足精度要求的薄壁件入库保存并记录步骤（2)中选取的机油和面粉的质 量比值。
[0037] 实施例：
[0038] (1)按照仪器板圆梁的尺寸，制作三种不同质量比例的油面混合物，即称取600g 机油、2000g面粉待制作油面混合物I，称取800g机油、2000g面粉待制作油面混合物II，称 取900g机油、2000g面粉待制作油面混合物III ;
[0039] (2)将面粉放入量器中，往面粉上逐步撒机油，同时用手不停地揉搓面粉，使得机 油与面粉充分接触，直至无剩余干面粉，将制成的油面混合物存放于密封环境；
[0040] (3)用刮刀去除零件毛刺，并用无纺布沾湿酒精擦拭零件凹槽表面，去除油污和金 属切屑；
[0041] (4)根据零件凹槽的大小，将步骤（2)形成的油面混合物制成与凹槽体积大小适 宜的油面混合物填充到凹槽中，使油面混合物与凹槽表面充分接触，填充过程注意用力大 小，并利用百分表对零件的弹性变形进行监测，获得零件的弹性变形值，此弹性变形值应小 于0. 075mm，根据凹槽的相对位置关系，应对称的完成各凹槽的填充油面混合物工作；
[0042] (5)将完成步骤（4)的零件放于加工机床的台面上，用压板压实零件，压实过程 中应掌握好夹紧力，用数个百分表监测零件在装夹过程中变形量，控制装夹过程变形量在 0. 02mm 以内；
[0043] (6)加工完成后，根据凹槽的相对位置关系，应对称的完成将油面混合物从零件凹 槽中匀速取出的工作。
[0044] (7)对加工后的仪器板圆梁进行了平面度与平行度检测，表1、表2为测量结果。 从表1、表2中可以看出，采用油面填充支撑方法比未采用油面填充支撑方法零件加工精度 高，说明油面填充支撑方法可以有效提高弱刚性薄壁零件加工过程中的稳定性，改善加工 质量。
[0045] 采用机油和面粉不同质量比制成的油面混合物因油面混合物中机油与面粉比例 不同，导致油面混合物的硬度不一样，对加工过程中零件稳定性的保护是不一样的。表1所 示为仪器板圆梁平面度检测结果，表2所示为仪器板圆梁平行度检测结果，从表1、表2中 可知，采用油面混合物I (比例3:10)加工效果最好，说明油面混合物I的硬度与零件凹 槽本身刚性较吻合，很好的起到了提高零件加工过程中的稳定性作用，而采用油面混合物 Ill (比例4. 5:10)加工效果较差，加工精度已经超出图纸要求，说明油面混合物III因面粉所 占比例较大导致油面混合物硬度过低，导致与零件凹槽贴合不实，加工过程中油面混合物 未能起到支撑凹槽表面的效果，需调整油面混合物III中机油和面粉质量比，以满足加工精 度要求。
[0046]表 1
【权利要求】
1. 一种增强薄壁件加工刚性的填充支撑方法，其特征在于：所述薄壁件的壁厚小于等 于2mm，薄壁件外表面开有凹槽，且所述凹槽为通槽，槽内无支撑结构；所述填充支撑方法 的特征在于步骤如下 ： (1) 计算薄壁件外表面凹槽的体积，并利用计算所得凹槽体积，按照3 :10的质量比称 取机油和面粉，使得机油和面粉的总体积大于凹槽体积的20% ; (2) 在3 :10?4.5 :10范围内选取一个机油和面粉的质量比值将步骤⑴中称取的机 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，用丙酮或酒精将零件凹槽清洗干净，清除凹槽 内的油污和金属切屑； (4) 将步骤（2)中的油面混合物填充到步骤（3)中清洗过的薄壁件外表面凹槽内，在填 充过程中，对油面混合物施加外部压力，并利用百分表对薄壁件的弹性变形进行监测，获得 薄壁件的弹性变形值，所述薄壁件的弹性变形值小于薄壁件加工精度的25% ; (5) 对步骤（4)中的薄壁件进行加工，加工完成后取出油面混合物； (6) 对步骤（5)中加工完成后的薄壁件进行加工精度测量，若满足预先设定的精度要 求，则进入步骤（7)，若没有满足预定的精度要求，则返回步骤（2)，重新选择一个机油和面 粉的质量比值进行机油和面粉的混合； (7) 将满足精度要求的薄壁件入库保存并记录步骤（2)中选取的机油和面粉的质量比 值。
【文档编号】B23Q3/00GK104259883SQ201410469590
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】李光, 金志清, 王连友, 张霞, 白忠奕, 白燕 申请人:北京卫星制造厂