強度、高比剛度的輕量化，是現代飛行器設計和製造（zào）的（de）核（hé）心目標之（zhī）一。為了（le）實（shí）現這一目標，現代航空產品在選擇高比強度材料的同時，大量采用具有較低結構重（chóng）量（liàng）比的（de）整體結構。但是（shì）整體（tǐ）結構件由單一毛坯切削加工而成，金屬去除率大、材料利用（yòng）率（lǜ）低，在去除大量材料的同時，也釋（shì）放了大量的毛坯內應力，從而引發（fā）了加工變形超差的（de）問題，並將影響（xiǎng）產品裝配（pèi）和使用（yòng）性能，所以整體結構件的加工，對現代飛機製造業提出了更高（gāo）的要求。

翼身融合整體（tǐ）框是近年來出現的飛機（jī）大型構件的一種新的結構形式，比較傳統結構具有（yǒu）非常大的優勢，它代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，是將機身（shēn）整體框與機翼長梁合為一體的（de）結構形式（shì），其主要（yào）特點是尺寸非常大（dà），金屬去除率非常高，零件結構特（tè）殊。另外，由於材料狀態等多方麵原因，勢必造成（chéng）加工中產生（shēng）較大（dà）的變形。因此應當認真分（fèn）析零件的（de）特點、材（cái）料特性、零件工藝性等，尋找新（xīn）的加工（gōng）思路和加工方法。

      以某機型翼身融合整（zhěng）體框為例（見圖1），對此類（lèi）結構的零件加工方法進行論述，其主要特點如下：

      （1）零件（jiàn）結構為中間（jiān）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（qiú）非（fēi）常高。

      （3）金屬去除率高（gāo）達97.63%。

      2 材料及應力分析

      2.1 殘餘應力

      材料或毛坯在製造過（guò）程中產生的殘餘內應力，是導（dǎo）致變形的主要力量。由於鍛壓或擠壓的過（guò）程，使得材料內部產生了巨（jù）大的應力，經過（guò）熱處理和時效或預拉伸等工藝方（fāng）法（fǎ），消除了大部分的應力，但不可能完全消除，剩餘（yú）的就是殘餘應（yīng）力。

      其分布（bù）基（jī）本是：外層為壓應力，內層（céng）為拉應力，力的平衡保（bǎo）持了結構的形狀不變（biàn）。由於零件（jiàn）加工都是首先破壞外層表麵，而且不（bú）可能在一瞬間去除。這樣就出現了（le）應力的重新分布並表現出（chū）來（lái）。因首先加工（gōng）的一側，隨著切（qiē）削作用應力被去除，內層的拉應（yīng）力起作用，同時（shí）另一側的外（wài）層的壓應力也發生作用，共同作用（yòng）的（de）結果，使結（jié）構向被加工一側產生變形。隨著加工的不斷進行，應力也隨之不斷地變化，重新組合，當（dāng）加工結束時，變形也就產生了。

      2.2 材（cái）料應力（lì）分（fèn）析

      翼身融合整（zhěng）體（tǐ）框是采（cǎi）用大型（xíng）預拉伸厚板做毛坯，軋製（zhì）和拉伸處理的難度較大（dà）。毛坯不同位置所含內應力並不一致，主要（yào）體現為兩位（wèi）置同一厚度上（shàng）的應力幅值不一致，無論是（shì）長度方向還是寬（kuān）度（dù）方向的主應力，均有（yǒu）15%左右的波動（dòng）。應力幅值變化劇（jù）烈，對後續工藝流程設計，必將產生較大影響。所以工藝流程（chéng）設計，應主要圍繞（rào）如何通過加工逐漸消除殘餘應（yīng）力（lì）來展開。

      2.3 變形形態分析

      翼身融合整體框（kuàng）是集梁、框於一體，其（qí）變形狀態應該集梁類零件和框類零件的變形特點（diǎn）於一體，大致（zhì）有以下幾種情況：翹曲、側彎、扭曲、局部腹板凸起，同時（shí），由於零件尺寸非常大，也會因自重而引起（qǐ）

零件變（biàn）形。

      3 工藝（yì）方案的分析與論證

      零件從毛料加（jiā）工到成品的整（zhěng）個過程中，合理的工藝流程設計，是非常必（bì）要和重要（yào）的一個環節（jiē）。

      3.1 粗加工方案設（shè）計

      粗加工工藝方案是整個零件（jiàn）加工工藝方案的重中之重。因為絕大（dà）部分的（de）餘量，都是在粗加工時去除，大部分殘餘應力，也是通過粗（cū）加工釋放出來，如何進行（háng）粗加工工藝方案設計，是需要認真思考的。

      （1）粗銑中間段及過渡段。零件由（yóu）中間框體過渡到兩端長梁，截麵尺寸變化較大的位置，比較容易發生彎曲變（biàn）形，中（zhōng）間小（xiǎo）區域（yù）內的（de）變（biàn）形，將導致零件撓度非線性增（zēng）加，因此中間區域和兩側（cè）過（guò）渡區（qū）域，是加工變（biàn）形控製的重點。

      為此，在粗（cū）加工前對（duì）這3 個區（qū）域進行局部粗加（jiā）工（gōng），提前（qián）釋放應力集中區內（nèi）應（yīng）力，以減（jiǎn）少對後續工序的影響。具（jù）體（tǐ）加工方法：交替反複加工（gōng）兩麵中間段和過渡（dù）段。

      （2）粗（cū）銑其他部位內外形。若按照傳統的雙麵框和（hé）梁的加工思路，可先將一麵粗銑（xǐ）完成後，再翻麵粗銑另（lìng）外一麵，當粗銑第一麵後，失去平衡的內應力場，將導致較大的變（biàn）形，容易造成零件局部發生塑性變（biàn）形。針對這一情況，不能一次將一側粗銑餘量全部去除，需要對零件雙麵粗銑的餘量去除（chú）方案進行優化，需要幾次翻麵，反複（fù）進行（háng）粗銑（xǐ），盡量使零件每次翻麵前，去（qù）除的餘量最大，從而保證加工品質。

      （3）值得注意的3 個問題。

      其一，粗銑時，為了零（líng）件反複翻麵時的有效（xiào）定位，且利於後續加工，筋條高和緣條高暫（zàn）不加工。

      其二，零（líng）件腹板上有若幹大圓孔，大圓孔通（tōng）常在零件加工接近尾聲時切（qiē）斷，由於圓孔（kǒng）處在腹板上，而腹板在厚度（dù）方向（xiàng）的中間位置，切斷圓孔（kǒng）時缺少有力支持，切斷時零件必將（jiāng）會發生震顫。另外，由於零件尺寸大，懸空麵積也非常大，中間缺少支撐點，所以在設計工藝（yì）方（fāng）案時，考慮在圓孔處預（yù）留出工藝凸台，工藝凸台在零件的整個加工（gōng）過程中起到很好的輔助支持的作用，在零件最終切斷時一並去除（chú）。

      其三，為了增強（qiáng）零件在整個加工過程中（zhōng）的穩（wěn）定性，零件進氣道處的（de）兩個大圓孔中心的圓形毛料及零件外形周圍的毛料，在加工過程中不去除，起到定（dìng）位及增強穩（wěn）定性的作用，在最終切斷時去除（chú）。

      3.2 充分自然時效

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

      自然時（shí）效需要在常溫下，將零件擺放在一（yī）個光潔平整的平台上（shàng），根據鋁（lǚ）合金時（shí）效變形試驗結果，72 h 後撓度變化趨於平穩，所（suǒ）以零件必須充分自然時效72 h。

      3.3 銑（xǐ）上、下兩平（píng）麵→半（bàn）精銑內外形→精銑（xǐ）內外形並切斷

      4 加工方（fāng）式及加工設備的選（xuǎn）擇

      （1）加工方式選（xuǎn）擇。零件加工方式采用高（gāo）速（sù）加工。高速加工是現時的一種發展趨勢，其具有高轉速、快進給、輕（qīng）切削的特點，更重要的是，高速加工對控製零件的變形起到了非常（cháng）重要的作用。

      （2）裝夾方式的選擇。由於零件材料（liào）為厚板，在選擇裝夾方式的時候（hòu），首先考慮到真（zhēn）空吸附，但是（shì）由於（yú）零件（jiàn）腹板厚度非常薄，雖然（rán）真空吸力僅有0.06～0.08 MPa，零件尺寸大，輔助支撐又比較少，在真空吸力的作用下，零件極有可（kě）能會發生變形（xíng），不利於（yú）零（líng）件品質的保證。最終裝夾時，僅在毛料周邊加壓壓板，將零件（jiàn）壓緊即可。

      （3）定位基準的選擇及坐（zuò）標原點的確定。由於零件為雙（shuāng）麵加工整體框，定位基準選（xuǎn）擇在緣條的高表麵。零件用板材加工，原點選擇在板材的（de）一個直角邊上。

      5 刀具的選擇

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

      6 檢查與驗收

      在（zài）零件的加工過程（chéng）中,每加工一步，都安排對零件的變形狀態進行跟蹤及測量（liàng），檢測方法（fǎ）是將零件（jiàn）自由狀態下置（zhì）於平台（tái）上，用塞尺檢查零（líng）件與平台間間隙，結果顯示，整個過程的變（biàn）形量在0.4～1.7 mm之間。

      加工結束（shù）後，采用測（cè）量機測量整個零件，測量內容包括零件（jiàn）外形、筋位、腹板麵及孔位，效果（guǒ）非常理想（xiǎng）的，無側彎、翹曲、扭曲等變形。

      7 結束語

      翼（yì）身融合整體框的（de）高速加工工藝,在（zài）國（guó）內（nèi）當屬業內領先技術，缺（quē）乏可以借（jiè）鑒的經驗。通過前（qián）期工作，總結如下：

      （1）裝夾方式盡量不使用真空吸附，最好將零件在自由狀態（tài）下直（zhí）接夾緊，這樣有利於應力的（de）均勻釋放，同時（shí）也有利於懸空薄壁腹板尺寸（cùn）的保證。

      （2）由於中（zhōng）間段、過渡段等截麵尺寸劇變處，為應力（lì）集中區域，粗加工前，先將這些區域進行粗加工，預先釋放這些部位的應力，以利於後續加（jiā）工。

      （3）將（jiāng）粗加工做細做好（hǎo），是加工此類零件（jiàn）的重點。因（yīn）為大部（bù）分（fèn）的殘餘應力（lì）要在粗加工時釋放（fàng）出來，所以將粗加（jiā）工做細（xì）做好，使應力均勻釋放並逐漸消除（chú），後續的半精加工、精加工自然是水到渠成。

      （4）編製粗銑程（chéng）序時，注意采用等高降層的（de）方法，使應力逐層均勻釋放。

      （5）粗（cū）加工後，需要充分（fèn）自然時效72 h。

      （6）由於零件尺寸大，懸空麵（miàn）積非常大，中間缺少有（yǒu）力支撐，針對（duì）這種情況，可以利用（yòng）腹板（bǎn）上（shàng）的圓孔，在圓孔處預留工藝凸台，在最後切斷時一並去除。這樣做有（yǒu）兩點好處：

      一是工藝凸台可以在加工中起（qǐ）到輔助支撐的（de）作用，使零件加工狀態穩定，薄腹板尺寸（cùn）容易保證；二是避免（miǎn）圓孔切斷（duàn）時腹板懸（xuán）空，造成震顫。