基于TRIZ的飞机大型结构件加工适应性装夹设计

刘 适，马 飞，褚福舜

（航空工业成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都 610091）

1 飞机大型结构件加工变形要因及机理

飞机大型结构件的毛坯材料以预拉伸板料或锻件为主，多采用数控加工去除多余金属材料得到最终零件。毛坯状态不佳、零件结构刚性差，切削力过大、切削热及切削振动等均容易导致零件变形[2]。大量研究表明，引起工件变形的原因可以分解为弹性变形、塑性变形、热变形和残余应力变形[3]。文献[4-5]对导致产生加工变形的诸多因素进行了分析，发现其中残余应力的释放与重分布对薄壁构件的影响较大，是导致零件变形的主要影响因素，其机理在于零件毛坯在制造时受内外部冷却速度不同的影响，外层冷却快而内层慢，故毛坯外层表现为拉应力状态，内层为压应力状态。只有拉压应力处于平衡状态毛坯才能够稳定，故自平衡是残余应力的重要特性[6]，但是自平衡不代表应力在毛坯内部是均匀分布的。当加工零件时，毛坯形状发生变化，残余应力的自平衡被打破，为了形成新的自平衡，残余应力会重新分布，在宏观上就表现为零件的变形。残余应力的重新分布变化越大，零件的变形就会越大。

在实际加工中（图1），零件被夹具夹持固定，随着加工中材料被逐渐去除，残余应力失衡，并呈现逐步释放的趋势。而由于零件受到夹紧力的限制，应力释放受到约束，故此时零件的变形表现得并不明显。一旦加工完后将夹具拆除，零件不再受到夹紧力的外力约束时，应力将完全释放，零件就会产生显著的变形。……