鎂合金鑄件梁的加工

孫家冬，李華龍，卞偉宇

沈陽飛機工業（集團）有限公司 遼寧沈陽 110850

1 序言

近年來飛機零件設計整體化趨勢愈發明顯，零件結構趨向復雜化。從鑄件結構的發展趨勢看，早期鑄件結構相對簡單，一般都采用多個分體件加工后組合的形式，現在逐步向著一體化鑄件方向發展，這給零件加工提出了更大的挑戰。由于受到熱處理工藝水平限制，鑄件質量起伏較大，加上復雜的零件結構，導致常規的鑄件加工思路已經很難滿足生產加工需求，所以需要不斷探索更加有效的加 工方法。

以某鑄件梁零件為例，零件結構為細長拱形，前期按常規思路加工，極難保證尺寸精度，并且零件質量受限于鑄件狀態，零件成品率極低。針對這種情況，優化鑄件加工方案，通過對零件的實際加工，驗證方案的可行性。

2 零件結構工藝性分析

零件結構如圖1所示，為細長的拱形梁結構，尺寸為770mm×162mm×125mm。零件毛坯為鎂合金鑄件，采用砂型鑄造的方法進行鑄造，存在鑄造公差大、鑄造基準偏差大等問題，給數控加工帶來很大的困難[1]，需要在加工過程中進行精確的工藝 控制。

圖1 零件結構

2.1 結構難點分析

該零件加工面多，結構復雜，數控加工難度大。其中兩側伸出耳片、側面外形、上下型面外形及氣密帶槽等部位要求嚴格且不易保證。同時，按設計要求，零件槽腔內部除筋條及上型面緣條內形外，其他部位都為非加工面；氣密帶槽背側閉角區為非加工面。這種槽腔內部不加工，槽腔外部加工的結構設置對變形特別敏感，不易控制緣條 壁厚。

2.2 鑄件因素分析

鑄件毛坯采用砂型鑄造，而該零件結構復雜，型腔多，加工面、非加工面混合，所以對鑄件的精度要求非常高，而砂型鑄造很難保證鑄造尺寸精度[2]，考慮采用在非加工面預留余量，再用機械加工去除的方式控制，這就意味著需要將零件整體全部加工，由此引出仿鍛件全尺寸加工的定義。

2.3 預期變形分析

通過考慮零件的結構形式，初步預測零件可能存在的變形問題，主要包括拱形側面的彎曲變形、拱形高度方向的彎曲變形以及氣密帶槽部位多角度復合變形。其中零件對稱軸線附近為兩處彎曲變形最嚴重的部位，兩個方向的變形組合會導致零件產生不可控的變形移量，在加工零件緣條時，緣條壁厚極難控制，對零件理論外形的位置精度產生不利影響。同時因拱形本身的不穩定結構，所以在加工過程中會一直伴隨著多方位復合變形。

除此之外，因零件本身結構復雜，裝夾困難，需要分多個數控工序加工，且在同一工序的不同工步中需多次倒壓板，裝夾部位變化及夾緊力不可控也是導致零件變形的主要影響因素。除此之外，由于精基準加工精度同樣直接影響后續加工，關系到整個零件能否順利加工完成，所以在加工前必須考慮周全，以防止在開始加工后才發現錯誤而造成不可挽回的損失[3]。

3 加工方案制定及加工驗證

綜合分析零件結構形式及可能存在的變形誘因，并參考類似結構零件加工經驗，設計加工方案。初步定為三面加工：拱形朝上放置、拱形朝下放置及側放三種工位。經過實際加工驗證，在初始方案基礎上進行優化，確定最終的加工方案，確保達到理想的加工效率和加工質量。

3.1 初始方案

（1）加工方案及流程設定 按前期工藝分析，初步設定采用三面數控加工。第一面：加工拱形上型面、左右側面、側腹板面及氣密帶槽背側閉角區。第二面：加工拱形下型面、側腹板面及氣密帶槽。第三面：加工零件槽腔內形及緣條高。在數控加工之前，按鑄件基準及來料劃線，加工出2個定位基準孔，并銑出兩側耳片作為定位基準面。

具體加工流程：料檢→銑基準面→鉆定位孔→加工拱形上型面→測量→加工拱形下型面→測量→翻面，加工槽腔內形及緣條高→卸下零件，換工裝加工槽腔及緣條高→劃工藝耳片處零件形狀→銑掉工藝耳片→鉗工修整零件→清洗→熒光滲透檢查→表面處理→標識→檢驗→入庫。

（2）實際加工驗證 為了驗證工藝方案的可行性，需要掌握加工的實時數據，因此對每一個工序均全程跟蹤生產情況，并記錄加工狀態。

第一面：按方案正常裝夾。整個加工過程工件狀態比較穩定，余量均勻，各處尺寸符合要求。經測量機測量，零件外形符合要求，總體上達到了理論預期效果。

第二面：前一工序加工完畢后，卸下工件，將其固定在第二面工裝上。在壓緊前，將工件放置在工裝上，自由狀態下，將千分表固定在機床主軸頭上，表針接觸工件對稱軸線處弧面，下壓1mm后調零，由此方法找準工件未裝夾前的自由狀態。擰緊兩側工藝耳片處壓板后，手動調整弧面下活動支持螺柱，保證毛坯定位面均勻受力。將工件頂起1mm左右后，壓緊弧面上壓板，按千分表讀數調整壓緊力，確保將變形量校回。

第三面：加工槽腔內形及緣條高。因前一數控工序工件變形量大，故導致內形所有緣條壁厚均需單獨程序段保證，頻繁偏置原點，加工周期特別長，效率低下。因工件前期累積變形，故導致在加工緣條高時，局部緣條高尺寸超差；加工上弧面壁厚時，僅局部能夠滿足尺寸要求，剩余部位需鉗工銼修保證。

（3）加工結果分析 實際加工證明，該加工方案不能滿足加工要求。對整個加工過程進行分析認為，加工前期考慮了多種變形誘因，采取了相應的控制手段，但是對于加工過程中的變形缺乏控制手段。由于鎂合金的彈性模量大，在切削力和夾緊力作用下，容易產生較大的彈性變形，后續需要在定位裝夾方面采取措施[4]。零件在工裝上的定位方案選取不合理，特別是第二面加工采用浮動支撐，不能校正零件上道工序產生的變形，導致變形傳遞，同時操作人員手動調整浮動支撐，也直接導致了零件變形。以上原因也導致整個數控加工效率低下，全程加工時間約80h，需要重新考慮加工方案，控制加工變形，提高加工效率。

3.2 方案改進思路

通過以上分析，對于方案改進需從控制加工過程中工件變形入手，并采取措施提高加工效率。對此，需要從以下4個方面進行改進。

1）取消浮動支撐。

2）設法保證零件加工過程中的結構剛度。

3）下道工序能夠對上道工序的變形有校正的 作用。

4）減少加工工序，縮短加工中的準備時間，提高加工效率。

3.3 修訂后方案

通過對前期加工結果的分析，修改加工方案：由原方案的三面加工改為兩面加工。第一面：精加工槽腔內形及緣條外形，可以保證緣條壁厚尺寸及槽腔整體位置精度。第二面：加工背面所有型面。對于此方案，需要對工裝進行修改及自制。第一面工裝在原工裝基礎上修改，將原腹板面下輔助支撐改為固定墊塊，左右兩側耳片下面增加固定尺寸墊塊，工裝形式及第一面裝夾狀態如圖2所示。第二面新制工裝上定位板，借用原工裝方箱，以前一工序精加工后的緣條高、腹板面做Z向定位；X方向采用工裝預留定位凸臺定位；Y方向采用兩側耳片平面定位，與上一面定位基準一致。零件在數控加工之前，需要配合工裝加工出定位面，并銑出兩側耳片平面。

圖2 第一面裝夾狀態

具體加工流程：料檢→銑定位基準→加工槽腔、緣條內外形及緣條高→翻面，加工槽腔及緣條高→測量→劃工藝耳片處零件形狀→銑掉工藝耳 片→鉗工修整零件→清洗→熒光滲透檢查→表面處理→標識→檢驗→入庫。

經實際加工驗證，改進后的方案在零件加工過程中達到了無人工干預，有效地降低了操作人員的工作量，顯著縮短了準備時間和中間過程非加工時間，零件全程加工時間約32h，極大地提高了加工 效率。

4 結束語

本文通過對拱形鑄件梁加工工藝的深入解析，并結合實際加工驗證，打破常規思維的桎梏，對影響產品加工質量的因素進行有效控制，顯著提高了零件的加工質量和加工效率，達到了質量與效率雙贏的效果。當前隨著設計水平、加工能力的提高，鑄件結構形式愈發向大型化、復雜化發展，導致常規思路已經不能完全滿足當前的生產需求，需要開拓思路、發散思維和創新方法，才能夠適應當前工藝發展的要求。

20221102

專家點評

該文以拱形鑄件梁為例，結合實際加工狀況，對影響產品質量的各項因素進行分析和控制，保證零件加工過程中的結構剛度。通過下道工序校正上道工序的變形，減少工序和準備時間，同步提高了零件的加工質量和加工效率。

文章的亮點是打破常規思路，創新加工方法，從控制零件變形入手，持續改進加工方案。通過實際加工驗證工藝的可行性，掌握加工的實時數據，對加工前期的變形誘因和加工過程中的變形趨勢采取有效的控制手段，總結出一套經濟實用的加工方案，解決了拱形鑄件的變形傳遞難題。