強度、高比剛度的（de）輕（qīng）量化，是現代飛行器（qì）設計和製造的核心目標之一。為了實現這一目（mù）標，現代航（háng）空產品在（zài）選擇高比強（qiáng）度材料的同時，大量采用具有較低結構重（chóng）量比（bǐ）的整體結構。但（dàn）是（shì）整體結構件由單一毛坯切削加工而成，金屬去除率大、材料利用率低，在去除大量材料的同時，也釋放了大量的毛坯內應（yīng）力，從而引發了加工變（biàn）形超差的問（wèn）題，並將影響產（chǎn）品裝配（pèi）和使用性能，所以整體結構件的加工（gōng），對現代飛（fēi）機製造業提出了更高的（de）要求。

翼身融合整體框是近年來出現的（de）飛機大型構件的一種新的結構形式，比較傳統結構具有非常大的（de）優勢，它代（dài）表了未來飛行器大型構件設計的發展趨勢。

      1 零件分析

      翼身融合整體框（kuàng），是將機身（shēn）整體框與（yǔ）機翼長（zhǎng）梁合（hé）為一體的結構形式，其主要特點是尺寸非常大，金屬去除率非常高，零件結構特殊。另外，由於材料狀（zhuàng）態（tài）等多方麵原因，勢必（bì）造成加工中產生較大的變形。因此應當認真分析零件的（de）特點、材料特（tè）性、零件工藝性等，尋（xún）找新的加工思路和加工（gōng）方法。

      以某機型翼身融合整體框為例（見圖1），對此類結構的零件加工（gōng）方法進行論（lùn）述，其主要特點如下：

      （1）零（líng）件結（jié）構為中間框與兩側長梁相結合，雙麵多型腔，筋高壁薄。

      （2）存在“閉角”和“雙曲外緣”等複雜（zá）結構，外形要符合機身理論外形和進氣道理論外形，精度要求非常高。

      （3）金屬去除率高達97.63%。

      2 材料及應力分析

      2.1 殘餘應力

      材料或毛坯（pī）在製造過程中產生的殘餘內應力，是導致（zhì）變形（xíng）的（de）主要力量。由於鍛壓或擠壓的過程，使得材料內部產生了巨大的應力，經過熱處理和時（shí）效（xiào）或預拉伸等工藝方法，消除（chú）了（le）大部分的應力，但（dàn）不可能完全消除，剩餘的就是殘餘應力（lì）。

      其分（fèn）布基本（běn）是：外層為壓應力，內層為拉（lā）應力，力的平衡保持了結構的形狀不變。由於零件加（jiā）工都是首先破壞外層表麵（miàn），而且不（bú）可能在一瞬間去（qù）除。這（zhè）樣就出現了應力的重新分布並（bìng）表現出來。因首先（xiān）加工的（de）一側，隨著切（qiē）削（xuē）作用應力被去除，內層的拉應力起作用，同（tóng）時另一側的外層的（de）壓應力也發生作用，共同作用的結（jié）果，使結構向被加工一側產生變形。隨著加工的（de）不斷進行，應力也隨之不斷地變化，重新組合，當加工結束時，變形也就產生了。

      2.2 材料應力（lì）分析

      翼身融合（hé）整體框是采用大型預拉伸厚板做毛坯，軋製和拉伸（shēn）處理的難（nán）度較（jiào）大。毛坯不同位置所含內應力並不一（yī）致，主要體現為（wéi）兩（liǎng）位置同一厚度上的應力幅值不一致，無論是長度方向還是寬度方向的主應力，均有15%左右（yòu）的波動。應力幅值變化劇烈，對（duì）後續工藝流程設計，必將產生較大影（yǐng）響。所以工藝流程設計，應主要圍繞如（rú）何通過加工（gōng）逐漸消除殘（cán）餘應（yīng）力來展開。

      2.3 變形形（xíng）態分析

      翼身融合整體框是集梁、框於一體，其變形狀態應該集梁類零件和框類零件的變形（xíng）特（tè）點於一體，大致有以下幾種情況：翹（qiào）曲、側彎、扭曲、局部腹板凸起，同時，由於零件尺（chǐ）寸非常大，也會因自重而引起

零件變形。

      3 工藝方案的分析與論證

      零件從毛料加工到成品（pǐn）的整個過程中，合理的工藝（yì）流程設計，是非常必要和（hé）重（chóng）要的一個環節。

      3.1 粗加工方案設計

      粗加工工藝方案是整個零（líng）件加工工藝方案的重中之重。因為絕大部分的餘量，都是在粗加工時去除，大部分殘（cán）餘應力，也是通（tōng）過粗加工釋放出來，如何進行粗加工工藝方案設計，是需要認真思考的（de）。

      （1）粗銑中間段及過渡段。零件由中間框體過渡到兩端長梁，截麵尺（chǐ）寸（cùn）變（biàn）化較大的位置，比較容易發生彎曲變形（xíng），中間小區域內的變（biàn）形，將導致零件撓度非線性增加，因此中間（jiān）區域和兩側過渡區域，是加工變形控製的重點。

      為此（cǐ），在粗加工前（qián）對這（zhè）3 個（gè）區域進行局部粗加工，提前釋放應力集中區內（nèi）應力，以減少對後續工序的影響。具體加工方法：交替（tì）反複加工兩麵（miàn）中間（jiān）段和（hé）過渡段。

      （2）粗（cū）銑其他部（bù）位（wèi）內外形（xíng）。若按照傳統的雙麵框和梁的加工（gōng）思（sī）路，可先將一麵（miàn）粗（cū）銑完（wán）成後，再翻麵粗銑另外一麵，當粗銑第一麵後，失去平（píng）衡的內應力場，將（jiāng）導致較大的變（biàn）形，容易造成零件局部發生塑性變形（xíng）。針對這一（yī）情況，不能一次將一側粗銑餘量全部去除（chú），需要對零件雙麵粗銑的餘量去（qù）除方案進（jìn）行優化，需要幾次翻麵，反複進行粗銑，盡量使零件每次翻麵前，去除的餘量最大，從而保證加工（gōng）品質。

      （3）值（zhí）得注意的3 個問題。

      其一，粗（cū）銑時，為了零件反（fǎn）複翻麵時的有效定位，且利於後續加工，筋條高和緣條高暫不加工。

      其二，零件腹（fù）板上有若幹大圓孔，大（dà）圓孔通常在零件加工接近尾聲時切斷，由於（yú）圓孔處在腹板上，而（ér）腹板在厚度方向（xiàng）的中間位置，切斷圓孔時缺少有力支持，切斷時零件必將會發生（shēng）震顫。另外，由於（yú）零件尺寸大，懸空麵積也非常大，中間缺少支撐點，所以（yǐ）在設計工（gōng）藝方案時，考（kǎo）慮在圓孔處預留出工藝凸台，工藝凸台在零件的整個加工（gōng）過程中起到很好的（de）輔助支持的作用，在零件最終切斷時一並去除。

      其（qí）三，為了（le）增強（qiáng）零件在整個加工過程中的穩定性，零件進氣道處（chù）的兩個大圓孔中心的圓形毛料及零件（jiàn）外形周（zhōu）圍的毛料，在加（jiā）工（gōng）過程（chéng）中不去除（chú），起到（dào）定（dìng）位（wèi）及增強穩定性的作用，在最終切（qiē）斷時去除。

      3.2 充分自然時效

      粗銑後，在自由狀態下充分自然時效，自然（rán）時效是一個充分釋（shì）放內應力的過程。

      自然時效需要在（zài）常溫下，將零件擺放在（zài）一（yī）個光潔平整的平台上，根據鋁合金時效變形試驗結果，72 h 後撓度變化趨於平穩，所以零件必須充分自然時效72 h。

      3.3 銑上、下兩平麵→半精銑內外形→精銑內外形（xíng）並（bìng）切（qiē）斷

      4 加工方式及加工設備（bèi）的選（xuǎn）擇

      （1）加工方式（shì）選擇。零件加工方式采（cǎi）用高速加工。高速加工是現時的一種發展趨勢，其（qí）具有高轉速、快進給、輕切削的特點，更重要的是，高（gāo）速加工對控製零件的變形起到了非常重要的作用。

      （2）裝夾方式的選擇。由於零件材料為厚板，在選擇裝夾方式的時候，首先（xiān）考慮到真空吸附（fù），但是由於零件腹板（bǎn）厚度非常薄，雖然真空吸力（lì）僅有0.06～0.08 MPa，零件尺寸大，輔助支（zhī）撐（chēng）又比較少，在真空吸力的（de）作用下，零件極有（yǒu）可能會發生變形，不利於（yú）零件品質的保證。最終裝夾時，僅在毛料周邊加壓壓板，將零件壓緊即可。

      （3）定位基準的選擇及坐標原點的確定。由於零件（jiàn）為雙麵加工整體框，定位基（jī）準選擇在（zài）緣條（tiáo）的高表麵。零件用板材加（jiā）工，原點選擇在（zài）板材的（de）一個直（zhí）角邊上。

      5 刀具的選（xuǎn）擇

      高速切削刀具材料必須耐磨，抗衝擊能力好，硬度高，與工件材料親和力（lì）小。高速切削的刀具材料（liào），必須根據工件材料和加（jiā）工性質來選擇。一般情況下，對於（yú）相同的刀具材料，粗加工可以采用較高的切削速度、較大的每齒進（jìn）給量，而刀具的較（jiào）好的（de）切削狀態，不是滿直徑（jìng）加工。一般情況下，對於立銑刀或端銑刀，較好的切削狀態是加工寬度為刀具直徑的66％～83％。粗銑時，可選用大直徑的機夾式硬質合金刀具，以提高金屬去除率。

      6 檢查與驗收（shōu）

      在零件的加工過程中（zhōng）,每加工一步，都安排對零件（jiàn）的（de）變形狀態進行跟蹤（zōng）及測量，檢測方（fāng）法是將零（líng）件自由狀態下置於平（píng）台上，用塞（sāi）尺檢查零件（jiàn）與平台間（jiān）間（jiān）隙，結（jié）果顯示，整個過程的變形量（liàng）在0.4～1.7 mm之間。

      加工結束（shù）後，采用（yòng）測量機測量整（zhěng）個零件（jiàn），測量內容包括（kuò）零（líng）件外形、筋位、腹板麵及孔位，效果非常理（lǐ）想的，無側彎、翹（qiào）曲、扭曲等變形。

      7 結束語

      翼身融合（hé）整（zhěng）體框的（de）高速加工工（gōng）藝,在國內當屬業內領先技術，缺乏可以借鑒的經驗。通過前期工作，總（zǒng）結如下：

      （1）裝夾方式盡量不使用真空吸附，最好將零件在自（zì）由狀態下直接夾緊，這樣（yàng）有利於應力的均勻釋放，同時也有利於懸空薄壁腹板尺寸的（de）保證。

      （2）由於中間段、過渡段等截麵尺寸劇變處（chù），為應力集中區域，粗加工前，先將這些區域進行粗加工，預先（xiān）釋放這些部位的應力，以利於（yú）後續加工（gōng）。

      （3）將粗加工（gōng）做細做（zuò）好，是加工此類零件的（de）重點。因為大部分的殘餘應力要在粗加工時釋放出來，所以將粗加工做細做（zuò）好，使應力均勻釋放並逐漸消除，後續的（de）半精加工、精加工自然（rán）是水到渠成。

      （4）編製（zhì）粗銑程序時，注意采（cǎi）用等高降層的方法，使應力逐層均勻釋（shì）放。

      （5）粗加工後，需要充分自然時效72 h。

      （6）由於零（líng）件尺寸大，懸（xuán）空麵積非常大，中（zhōng）間（jiān）缺少有力支撐，針（zhēn）對這種情況，可以利用腹板上的圓（yuán）孔，在圓孔處預留工藝凸台，在（zài）最後切斷時一並去除。這樣做有兩點好處（chù）：

      一（yī）是工藝凸台（tái）可以（yǐ）在加工中（zhōng）起到輔助支撐（chēng）的作用，使零（líng）件加工狀態穩定，薄腹板尺寸（cùn）容易（yì）保證；二（èr）是避免圓孔切斷時腹板懸空，造成震顫（chàn）。