鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計中基準(zhǔn)優(yōu)化

渠 濤

（上海飛機(jī)設(shè)計研究院，中國 上海 201210）

0 引言

隨著精密鑄造等先進(jìn)工藝技術(shù)的發(fā)展，越來越多的民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)件選擇鑄造成型技術(shù)，它能使結(jié)構(gòu)材料合理有效分配，適用于型腔復(fù)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(jī)械加工就直接使用，是現(xiàn)在飛機(jī)結(jié)構(gòu)降低成本、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方向之一[1]。精密鑄件與安裝環(huán)境的高符合性要求其在制造、檢驗(yàn)和機(jī)加過程中必須有一致的標(biāo)準(zhǔn)去衡量，而目前的鑄件毛坯設(shè)計基本是在零件圖的基礎(chǔ)上增加加工余量獲得，機(jī)加工序基本是按照機(jī)加零件的思路進(jìn)行，這種設(shè)計思路未能充分考慮鑄件制造的公差合理分配，機(jī)加過程又與毛坯鑄件設(shè)計思路脫節(jié)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不高，嚴(yán)重會造成最終產(chǎn)品超差，甚至報廢。

1 鑄件基準(zhǔn)確定

毛坯鑄件除少部分無需機(jī)加直接使用外，多數(shù)因尺寸精度、安裝固定、表面粗糙度等原因進(jìn)行后續(xù)機(jī)加，以滿足裝配要求。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)同時考慮鑄件毛坯的基準(zhǔn)和機(jī)械加工的基準(zhǔn)，以保證按照基準(zhǔn)標(biāo)出的尺寸滿足最終產(chǎn)品的使用功能。

1.1 鑄件毛坯基準(zhǔn)建立的一般原則

鑄件基準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)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(nèi)的基準(zhǔn)點(diǎn)盡量相隔遠(yuǎn)一點(diǎn)；

2）盡可能位于基準(zhǔn)面內(nèi)；

3）位于分模線同一側(cè)；

4）位于飛邊、澆口、冒口等區(qū)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(zhǔn)到機(jī)加基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換

零件機(jī)加基準(zhǔn)是考慮機(jī)加工序，保證裝配精度要求進(jìn)行確定的。鑄件的機(jī)加基準(zhǔn)應(yīng)從毛坯基準(zhǔn)面獲取，首次機(jī)加的平面尺寸從毛坯基準(zhǔn)面標(biāo)出，其后所有的機(jī)加工面（除了孔、槽等）應(yīng)從首次加工的“機(jī)加基準(zhǔn)”標(biāo)出尺寸，毛坯基準(zhǔn)通過距離約束初步轉(zhuǎn)換到機(jī)加基準(zhǔn)。

2 鑄件基準(zhǔn)的應(yīng)用

下面，以飛機(jī)艙門結(jié)構(gòu)導(dǎo)向槽為典型，說明鑄件制造、機(jī)加中基準(zhǔn)的合理化選擇。導(dǎo)向槽安裝在門框結(jié)構(gòu)上，在飛機(jī)艙門打開與關(guān)閉過程中，約束艙門運(yùn)動軌跡，起導(dǎo)向作用，主要由滾輪槽、起調(diào)節(jié)功能的齒形結(jié)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)形式見圖1。

2.1 零件思路建立的基準(zhǔn)

設(shè)計之初，按照機(jī)加零件的思路進(jìn)行鑄件設(shè)計，建立相關(guān)基準(zhǔn)，見圖2，并依據(jù)文獻(xiàn)[3-4]提出的“如果基準(zhǔn)面需要加工，粗基準(zhǔn)面的加工余量只和基準(zhǔn)面本身的形狀誤差有關(guān)，和毛坯的所有尺寸無關(guān)，因此粗加工面粗加工余量最小”的理論機(jī)加基準(zhǔn)面A，后續(xù)以基準(zhǔn)A機(jī)加后續(xù)基準(zhǔn)及尺寸，實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)很多產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)或多或少的產(chǎn)品超差，后分析機(jī)加后的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)加工基準(zhǔn)A時出現(xiàn)理論偏差，具體見圖3，是導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不高的主要因素。

圖1 導(dǎo)向槽結(jié)構(gòu)

圖2 初始基準(zhǔn)

圖3 首次加工平面

圖4 重新建立的基準(zhǔn)面-基準(zhǔn)點(diǎn)

圖5 首次機(jī)加平面-機(jī)加基準(zhǔn)

圖6 鑄件機(jī)加后實(shí)物

2.2 鑄件基準(zhǔn)優(yōu)化

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

按照鑄件基準(zhǔn)建立原則重新建立基準(zhǔn)面-基準(zhǔn)點(diǎn)，見圖4。首次機(jī)加面通過相對于基準(zhǔn)A的位置尺寸X.XX來確定，建立機(jī)加基準(zhǔn)，見圖5。基準(zhǔn)B和基準(zhǔn)C方向上無機(jī)加要求，作為定位點(diǎn)即可。按此重新建立的基準(zhǔn)，外加詳細(xì)尺寸及公差要求，可以指導(dǎo)完成最終的產(chǎn)品加工，實(shí)物圖見圖6。

3 結(jié)論

本文對民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)中常用的典型鑄件結(jié)構(gòu)件毛坯基準(zhǔn)和機(jī)加基準(zhǔn)的建立進(jìn)行了闡述，并結(jié)合實(shí)際運(yùn)用過程具體分析。鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)正確建立基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)點(diǎn)，既考慮鑄件制造階段減少偏差，又考慮機(jī)加后的裝配要求，完成毛坯到零件的轉(zhuǎn)換，保證在整個制造和檢驗(yàn)過程中采用同樣的標(biāo)記點(diǎn)，做到鑄件制造、檢驗(yàn)、機(jī)加的協(xié)調(diào)一致。

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

［2］《飛機(jī)設(shè)計手冊》編輯委員會編.飛機(jī)設(shè)計手冊[M].國防工業(yè)出版社,1983.

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

［4］計青山,閆獻(xiàn)國.鑄件基準(zhǔn)與零件質(zhì)量及成本[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2003,05：24-26.