AF1410超高强钢长梁类零件加工变形的控制方法

AF1410超高强钢长梁类零件加工变形的控制方法

黄小庆,吕亮

中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司 四川 德阳 618000

摘要：某长梁类零件作为航空飞行器重要承力件，材质为超高强度钢AF1410。该种材料由于其高强度高韧性、导热性差、弹性模量小等特点，材料的切削性能差，加工效率极低。同时，该长梁类属于典型的细长变截面复杂难加工零件，加工过程中极易发生翘曲或扭曲变形。本文介绍一种AF1410超高强钢细长零件加工变形的控制方法，以解决该零件内部应力的释放和变形问题，达到零件变形可控并加工出合格零件的目的。

关键词：超高强度、细长、效率低、易变形、控制方法

AF1410超强度钢具有高强度高韧性，耐腐蚀和抗疲劳性能良好等诸多优点，常用于制造航空飞行器关键承力结构件，长梁类零件作为航空飞行器重要承力件，材质即选用该超高强度钢。但是，AF1410超强度钢是一种难切削加工的材料，由于其高强度高韧性、导热性差、弹性模量小等特点，材料的切削性能差，加工效率低，同时，该零件长约3000mm，高度约100mm，零件宽度57～300mm，腹板2～27mm，呈非线性变化，属于典型的细长变截面复杂难加工零件。由于毛坯余量不均匀，粗精加工过程中极易发生翘曲或扭曲变形。

通常，针对细长变截面复杂难加工零件，在粗、精加工过程中，均整体采用等高分层加工，加工过程中采用多次翻面，两面均匀去除余量的方式来释放毛坯内部的应力，零件翻面装夹次数多，加工效率低。同时还经常会因为毛坯内部应力释放不彻底，造成零件精加工完成后，零件产生变形，无法满足零件形状及位置精度要求的情况。

本文通过对其加工流程进行改进优化，采用分区域加工零件等措施以解决该长梁类加工难、效率低的问题。

一、零件工艺分析

长梁类外形主要为不规则的“L”形。外形尺寸约为3000×100×300mm，截面宽度：57~300mm不等，腹板2～27mm，且呈非线性，属于典型的细长变截面复杂零件，毛坯设计重量，450kg，加工后零件仅180kg，毛坯余量较大，材料去除率高，加工时不易办证变形。如图1所示：

图1 零件结构

二、工艺方案

根据该零件的结构特点，其加工工艺安排为：粗加工—消应—精加工。

主要包括如下步骤：

1）根据检验样板划线，确定零件加工基准，并加工出基准面和基准孔；

2）根据零件结构，将零件分成7个区域，并标明序号，如图2所示；

3）粗加工采用一定的顺序，分区域加工零件，分区域去除加工余量，逐步释放毛坯本体应力；

4）粗加工到零件余量6mm后，增加一次热处理消应工序，进一步去除毛坯内部的应力；

5）半精加工采用粗加工同样的策略，分区域去除加工余量，进一步释放毛坯本体应力。

图2 零件分区

三、具体实施

1）根据检验样板划线，确定零件加工基准，并加工出基准面及工艺凸台外轮廓周圈；

2）重新铺样板，定出加工基准工艺孔的孔位，并加工工艺孔。

3）上工装，按图2所示，分区域间隔粗加工B面至余量6mm，先加工中间的区域⑤，然后再加工两端头，加工顺序为：⑤→③→①→⑦，然后加工区域④→②→⑥。

4）翻面上工装，按照同样的加工顺序，分区域间隔粗加工A面至余量6mm，从而完成零件的粗加工。

5）毛坯进行热处理消应。

6）检查零件变形情况，修两面工艺凸台表面，并修工艺孔。

7）上工装，按图1所示，分区域间隔粗加工B面至余量2mm，先加工中间的区域⑤，然后再加工两端头，加工顺序为：⑤→③→①→⑦，然后加工区域④→②→⑥。

8）翻面上工装，按照同样的加工顺序，分区域间隔粗加工A面至余量2mm，从而完成零件的半精加工。

四、所述的细长零件加工变形的控制方法要点在于：

1）根据以前加工此零件的变形趋势和经验，粗加工及半精加工阶段均采用一定的加工顺序，即先中间再两端头，分区域间隔去除毛坯余量，达到逐步释放毛坯内部应力的目的。

2）粗加工及半精加工阶段均采用小切深，快进给的加工方式去除毛坯余量，其中，机床主轴转速为900～1600r/min，切削深度为0.8～1mm，切削宽度为20～40mm，进给速度为3000mm/min，此种方式与传统方式相比，加工AF1410超高强度钢具有刀具成本低，加工效率高等优点。

3）粗加工后增加热处理消应工序，进一步去除毛坯内部的应力，达到减小变形的目的。

通过分区域加工零件，粗加工后增加热处理消应工序，零件毛坯内部的应力得到有效地释放，零件在粗、半精加工过程的变形幅度小且有规律，变形得到有效的控制，避免了零件加工过程中反复翻面借量加工的情况，简化了编程和加工操作流程，提高了零件加工效率。

五、结语

针对AF1410超高强钢细长零件加工变形等问题，本文提出一种通过优化工艺路线，改进加工工序等方案而形成的加工变形控制方法，通过现场使用，有效的解决了上述问题，为类似结构、材料的产品提供了很好的借鉴意义。

参考文献：

[1]王先奎.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，2007