一种压力辅助薄壁坯料精密加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种薄壁坯料的精密加工方法，具体涉及一种采用压力辅助的薄壁坯料精密加工方法。
【背景技术】
[0002]在航空航天领域，存在很多大尺寸的钣金零件，其平面内单方向尺寸可达2m甚至更大，厚度一般在5-30_范围内，属于典型的薄壁钣金零件。此类零件通常采用具有相等壁厚的原始板坯，通过拉形、拉深或辊弯等塑性成形工序制成需要的单曲率零件或具有复杂曲面形状的零件。为了进一步减轻零件的重量，需要对塑性成形后的零件进行切削加工或者化铣处理等，以去除局部位置多余的材料，在保证零件整体力学性能及刚度要求的前提下，最大限度地实现最终零件的轻量化。由于化铣时无法实现对不同部位化铣过程的有效和精确控制，所以很难实现复杂结构零件的精确化铣处理。另外，化铣存在严重的环境污染问题，这也导致其使用受到很大限制。
[0003]对于精度要求高的薄壁钣金零件，目前主要采用切削加工特别是数控铣的方法进行加工。在切削加工时，需要将通过拉形、拉深等方法制成的平面或曲面坯料放置在支撑胎模上，然后利用压板等将其压靠在胎模上。由于切削加工都是在坯料的局部位置逐渐进行，切削工具对切削位置施加的切削力将使相邻部位的材料发生不同程度的变形或移动。即使对于平面形状的大型板坯，在进行局部切削加工时也存在类似的问题。切削过程中产生的材料变形或移动，必将导致加工精度的降低，同时也将在零件上产生复杂分布的残余应力。当加工完毕、去除压板等约束装置后，最终的零件上将产生复杂的形状、尺寸变化。为了解决上述问题，目前主要通过设计制作复杂的定位、约束卡具，将待加工的坯料压靠在支撑胎模上，以减小或避免切削加工过程中坯料发生的变形或移动。但是，为了避免所使用的定位、约束卡具与切削加工刀具和机构产生干涉，所采用的刚性卡具必须避开切削刀具及机构的路径，因此刚性卡具只能对待加工的坯料实现局部约束。同时，刚性卡具对坯料的局部约束作用也将受到坯料形状、胎模与坯料之间间隙等因素的影响。虽然也可以采用真空吸盘等方式来使待加工的坯料贴靠在支撑胎模上，但是由于真空吸盘只能产生0.1MPad个大气压)的压力，这种压力往往不足以使待加工的坯料紧密贴靠支撑胎模，因此在切削加工过程中仍会出现材料的变形或移动。
[0004]为了解决大尺寸薄壁坯料局部切削加工过程中可能出现的材料变形或移动，提高最终零件的形状尺寸精度，需要建立一种能够对待加工薄壁坯料进行可靠约束和支撑的方法。
【发明内容】
[0005]本发明是为解决现有的切削加工方法和装置无法避免大尺寸薄壁坯料切削加工时的复杂变形或移动、导致无法保证最终零件形状和尺寸精度的问题，进而提出一种压力辅助薄壁坯料精密加工方法。
[0006]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:
[0007]本发明的一种压力辅助薄壁坯料精密加工方法是按照以下步骤实现的:
[0008]步骤一、将待切削加工的坯料放置到支撑胎模上并定位；
[0009]步骤二、将压力介质腔放置在待切削加工的坯料上，使压力介质腔的下端与待切削加工的坯料的外围区域紧密接触实现密封；并将切削刀具和执行机构连接，将切削刀具置于压力介质腔内，并将压力介质腔与执行机构进行密封连接；
[0010]步骤三、向压力介质腔中充入介质，介质的压力为0.2-10MPa，利用介质的压力将待切削加工的坯料紧密压靠在支撑胎模上；
[0011]步骤四、利用置于压力介质腔内部的切削刀具对待切削加工的坯料进行切削加工，得到最终需要的零件；
[0012]步骤五、卸除压力介质腔中的压力，移走切削刀具及压力介质腔，取出零件。
[0013]本发明的有益效果是:
[0014]一、本发明采用气体或液体作为约束介质，可以在待加工坯料一侧的全部区域内施加均匀分布的压力，从而可以使整个坯料被可靠压紧在胎模上。对于不同形状的坯料，都可以保证坯料上各处同时受到均匀分布压力的作用，避免了采用刚性压板或卡具时只能对坯料上局部施加压力且压力容易受坯料和胎模之间接触状态等因素影响的问题。使用介质将整个坯料可靠地压紧在胎模上，使得大尺寸薄壁坯料局部切削加工过程中坯料不会出现变形或移动。
[0015]二、本发明采用气体或液体作为约束介质，气体或液体的压力可达到1MPa甚至更高，因此可以在待加工坯料上施加足够大的压力，避免了采用传统方法(如采用真空吸盘)时存在压紧力不足的问题。同时，介质腔内的介质压力还可以方便地进行调整，以满足不同加工阶段或不同加工方式下的需要。
[0016]三、本发明采用均匀分布的气体或液体压力，可以避免传统的刚性卡具等约束结构与切削刀具及机械机构发生干涉，切削刀具及机械结构可以获得更大的运动空间，便于实现全方位的切削加工。
[0017]四、本发明采用的压力介质腔，只需在下端边缘实现与待加工坯料的接触与密封，可以适用于不同形状和尺寸的坯料，设计合理、通用性好、成本低、简单易行。
【附图说明】
[0018]图1为本发明采用刚性压力介质筒和柔性囊复合的压力介质腔对待加工坯料施加压力进行切削加工的示意图，图2为刚性压力介质筒和柔性囊的相互结构示意图，图3为本发明采用刚性约束框和柔性囊复合的压力介质腔对待加工坯料施加压力进行切削加工的示意图，图4为刚性约束框与柔性囊的相互结构示意图，图5为本发明刚性压力介质筒与坯料的密封示意图，图6为本发明柔性囊与坯料的密封示意图，图7为柔性囊与执行机构的密封示意图，图8为本发明柔性囊和可更换的刚性压力介质筒复合的压力介质腔示意图，图9为本发明柔性囊与可更换的刚性约束框复合的压力介质腔示意图，图10为平面状的坯料不意图，图11为内凹状的还料不意图，图12为外凸状的还料不意图，
[0019]其中I为待切削加工的坯料，2为支撑胎模，3为压力介质腔，4为刚性压力介质筒，5为压力介质，6为切削刀具，7为执行机构，8为刚性约束框，9为柔性囊，10为设备本体，11为密封条，12为密封环，13为压块，14为螺母，15为螺栓，16为密封圈。
【具体实施方式】
[0020]【具体实施方式】一:结合图1-6说明，本实施方式的一种压力辅助薄壁坯料精密加工方法是按照以下步骤实现的:
[0021]步骤一、将待切削加工的坯料I放置到支撑胎模2上；
[0022]步骤二、将压力介质腔3放置在待加工坯料I上，使压力介质腔3的下端与待切削加工的坯料I的外围区域紧密接触实现密封；
[0023]步骤三、向压力介质腔3中充入介质5，介质的压力为0.2-10MPa，利用介质5将待切削加工的坯料I紧密压靠在支撑胎模2上；
[0024]步骤四、利用置于压力介质腔3内部的切削刀具6对待切削加工的坯料I进行切削加工，得到最终需要的零件；
[0025]步骤五、卸除压力介质腔3中的压力，移走切削刀具6及压力介质腔3，取出零件。
[0026]本实施方式的步骤一和步骤二中，所述的压力介质腔3与待加工坯料I的密封，其结构包括支撑胎模2、密封条11、压块13，压力介质腔3与坯料I之间放置了密封条11，夕卜力作用在压块13上，使得压力介质筒3与待加工坯料I之间相互挤压密封条11，从而达到密封的目的。步骤三中介质5通过压力源提供，可以通过对压力源的控制来达到加工时压力介质腔3中所需要的压力。
[0027]本实施方式的执行机构7和切削刀具6从属于数控机床的一部分，执行机构7和切削刀具6的动作采用数控编程实现。执行机构7与数控机床的设备本体10连接。比如数控机床(上海西马特机械制造有限公司，SX-3立式钻铣床)、执行机构或切削刀具(执行机构为无极调速主轴，切削刀具为益诠(E-CHAIN)平面铣刀，型号:EX90AP16-D100A。
[0028]【具体实施方式】二:结合图1、图2、图5和图7说明，本实施方式的步骤二中采用的压力介质腔3为刚性压力介质筒4与柔性囊9复合的结构，在刚性压力介质筒4的下端与待切削加工的坯料I之间设置密封条11，通过压块13将刚性压力介质筒4压紧在待切削加工的坯料I上实现刚性压力介质筒4与待切削加工的坯料I的密封；在刚性压力介质筒4的上端面与柔性囊9复合，复合的具体方式是用螺栓15和螺母14使压块13与刚性压力介质筒4之间相互挤压，实现挤压柔性囊9与刚性压力介质筒4的密封；刚性压力介质筒4上端设置密封环12，柔性囊9与密封环12密封连接，密封环12与执行机构7通过密封圈16进行密封。其它步骤和参数与【具体实施方式】一相同。
[0029]本实施方式的柔性囊9采用具有超弹性的高强度聚氨酯，其抗拉强度为150MPa。柔性囊9与刚性压力介质筒4连接，共同构成压力介质腔3。由于柔性囊9的形状可以发生