鑄件結構設計中基準優化

渠 濤

（上海飛機設計研究院，中國 上海 201210）

0 引言

隨著精密鑄造等先進工藝技術的發展，越來越多的民用飛機結構件選擇鑄造成型技術，它能使結構材料合理有效分配，適用于型腔復雜、有剛度要求的零件制造。精密鑄件接近于零件的最后形狀，僅需少量機械加工就直接使用，是現在飛機結構降低成本、結構優化的方向之一[1]。精密鑄件與安裝環境的高符合性要求其在制造、檢驗和機加過程中必須有一致的標準去衡量，而目前的鑄件毛坯設計基本是在零件圖的基礎上增加加工余量獲得，機加工序基本是按照機加零件的思路進行，這種設計思路未能充分考慮鑄件制造的公差合理分配，機加過程又與毛坯鑄件設計思路脫節，導致產品質量不高，嚴重會造成最終產品超差，甚至報廢。

1 鑄件基準確定

毛坯鑄件除少部分無需機加直接使用外，多數因尺寸精度、安裝固定、表面粗糙度等原因進行后續機加，以滿足裝配要求。鑄件結構設計中應同時考慮鑄件毛坯的基準和機械加工的基準，以保證按照基準標出的尺寸滿足最終產品的使用功能。

1.1 鑄件毛坯基準建立的一般原則

鑄件基準點的設置應位于最終不加工的鑄件表面，并考慮如下要求[2]：

1）位于同一平面內的基準點盡量相隔遠一點；

2）盡可能位于基準面內；

3）位于分模線同一側；

4）位于飛邊、澆口、冒口等區域之外；

5）位于便于在夾具上裝卸零件的部位。

1.2 毛坯基準到機加基準的轉換

零件機加基準是考慮機加工序，保證裝配精度要求進行確定的。鑄件的機加基準應從毛坯基準面獲取，首次機加的平面尺寸從毛坯基準面標出，其后所有的機加工面（除了孔、槽等）應從首次加工的“機加基準”標出尺寸，毛坯基準通過距離約束初步轉換到機加基準。

2 鑄件基準的應用

下面，以飛機艙門結構導向槽為典型，說明鑄件制造、機加中基準的合理化選擇。導向槽安裝在門框結構上，在飛機艙門打開與關閉過程中，約束艙門運動軌跡，起導向作用，主要由滾輪槽、起調節功能的齒形結構組成，結構形式見圖1。

2.1 零件思路建立的基準

設計之初，按照機加零件的思路進行鑄件設計，建立相關基準，見圖2，并依據文獻[3-4]提出的“如果基準面需要加工，粗基準面的加工余量只和基準面本身的形狀誤差有關，和毛坯的所有尺寸無關，因此粗加工面粗加工余量最小”的理論機加基準面A，后續以基準A機加后續基準及尺寸，實際加工中發現很多產品發現或多或少的產品超差，后分析機加后的產品，發現加工基準A時出現理論偏差，具體見圖3，是導致產品質量不高的主要因素。

圖1 導向槽結構

圖2 初始基準

圖3 首次加工平面

圖4 重新建立的基準面-基準點

圖5 首次機加平面-機加基準

圖6 鑄件機加后實物

2.2 鑄件基準優化

分析導致最終產品不穩定的因素，基準A：該“基準面加工余量最小”的理論沒有錯誤，但是機加基準面后，無法建立鑄件基準與機加基準的聯系是造成產品不穩定的主要因素。基準B和基準C：基準選擇不合理，未靠近對稱或機加面，導致毛坯鑄件尺寸公差大，機加余量不均勻，可作為次要因素。

按照鑄件基準建立原則重新建立基準面-基準點，見圖4。首次機加面通過相對于基準A的位置尺寸X.XX來確定，建立機加基準，見圖5。基準B和基準C方向上無機加要求，作為定位點即可。按此重新建立的基準，外加詳細尺寸及公差要求，可以指導完成最終的產品加工，實物圖見圖6。

3 結論

本文對民用飛機結構中常用的典型鑄件結構件毛坯基準和機加基準的建立進行了闡述，并結合實際運用過程具體分析。鑄件結構設計中應正確建立基準面和基準點，既考慮鑄件制造階段減少偏差，又考慮機加后的裝配要求，完成毛坯到零件的轉換，保證在整個制造和檢驗過程中采用同樣的標記點，做到鑄件制造、檢驗、機加的協調一致。

［1］石霞琳,柳榮,楊東雨,陳建.淺析民機用鑄件的設計通用要求及其發展趨勢[J].民用飛機設計與研究,2011,04：55-57.

［2］《飛機設計手冊》編輯委員會編.飛機設計手冊[M].國防工業出版社,1983.

［3］卞亞峰,王曉慧,徐小龍.淺析鑄件毛坯尺寸標注基準的合理選擇[J].機械制造，2013,02,51(582)：65-67.

［4］計青山,閆獻國.鑄件基準與零件質量及成本[J].機械工業標準化與質量,2003,05：24-26.