環(huán)氧膠砂拉形模制造的工藝研究

陳星 蔡健

摘 要：本文主要介紹了環(huán)氧膠砂拉形模生產(chǎn)制造的工藝流程，通過(guò)對(duì)環(huán)氧膠砂拉形模在生產(chǎn)、使用過(guò)程中出現(xiàn)的一些問(wèn)題的分析總結(jié)，得出環(huán)氧膠砂拉形模常見(jiàn)結(jié)構(gòu)及特殊結(jié)構(gòu)在工藝制造時(shí)應(yīng)該注意事項(xiàng)，以及環(huán)氧膠砂拉形模還需進(jìn)一步研究解決的工藝問(wèn)題，最終通過(guò)工藝分析選取合適的工藝流程加工制造工裝拉形模。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹(shù)脂；環(huán)氧膠砂；工藝裝備；拉形模

中圖分類(lèi)號(hào)：TG76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

拉形模用于在拉形機(jī)上成型表面積大、曲度變化緩、外表光滑、質(zhì)量要求高的單、雙曲度蒙皮零件，蒙皮零件指構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)力外形的薄板件和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的包皮，工裝拉形模的加工質(zhì)量好與壞直接影響飛機(jī)蒙皮產(chǎn)品的質(zhì)量，所以拉形模是成型飛機(jī)蒙皮零件的重要工藝裝備之一。拉形模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般只有凸模或凹模，除少數(shù)為金屬材料外，大部分都是用樟松、環(huán)氧膠砂等非金屬材料制造的，這些材料制造周期短，協(xié)調(diào)性好，便于科研生產(chǎn)初級(jí)階段成熟度不高的設(shè)計(jì)更改，節(jié)約了一定的生產(chǎn)制造成本。

拉形模的制造依據(jù)通常有切面樣板、正反模型、標(biāo)準(zhǔn)實(shí)樣和數(shù)學(xué)模型，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，拉形模的制造依據(jù)主要轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)學(xué)模型（以下簡(jiǎn)稱數(shù)模）。依據(jù)的改變，生產(chǎn)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些新的問(wèn)題，對(duì)拉形模制造工藝的研究及不斷完善可解決各類(lèi)拉形模在生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的一些問(wèn)題，提高拉形模產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，從而保證飛機(jī)產(chǎn)品的快速發(fā)展。

1 數(shù)模加工拉形模的生產(chǎn)工藝

設(shè)計(jì)部門(mén)提供拉形模數(shù)模為實(shí)體模型，不能直接用來(lái)作為生產(chǎn)依據(jù)，通過(guò)工藝分析對(duì)該實(shí)體模型進(jìn)行分解，需提供以下制造依據(jù)及工藝流程。

1.1 依據(jù)數(shù)模制作拉形?；w木框架

拉形模是由木質(zhì)框架和基體環(huán)氧膠砂兩部分組成，拉形?；w木質(zhì)框架是依據(jù)數(shù)模剖切基體側(cè)框及端面紙樣板，依據(jù)紙樣板制作木框架，框板樟松30mm～50mm厚，含水率8%～15%?？蚣軒z卯榫連接并用圓釘加固，框架內(nèi)口上側(cè)倒45°斜角。在胎長(zhǎng)大于1.5m時(shí)，沿橫向加一根拉筋（鋼帶），胎長(zhǎng)每增加1m加一根拉筋，防止填充膠砂時(shí)框架脹裂。根據(jù)拉形模的類(lèi)別（橫向拉形模、縱向拉形模）在非拉伸方向的兩側(cè)、胎體重心面之上設(shè)置吊環(huán)，防止零件拉伸成型的干涉。拉形模拉伸方向的轉(zhuǎn)角一定要加工制造出來(lái)，防止拉伸時(shí)出現(xiàn)尖角損壞成型零件。拉形模典型木框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 和制填充基體膠砂

平臺(tái)涂刷脫模劑，拉形模木框架置于平臺(tái)上，底面、內(nèi)側(cè)表面涂刷環(huán)氧膠，待環(huán)氧膠初凝不粘手時(shí)，和制填充膠砂，膠砂和制均勻，無(wú)膠塊或干砂，開(kāi)始逐層夯實(shí)填充，防止拉形?；w松動(dòng)產(chǎn)生空隙影響拉形模自身的強(qiáng)度。若拉形模外形尺寸較大（胎長(zhǎng)1.5m以上）或長(zhǎng)寬比較大時(shí)，基體膠砂內(nèi)需填埋槽鋼或鋼骨架加強(qiáng)，為保證拉形?；w的強(qiáng)度采用整體鋼骨架結(jié)構(gòu)加強(qiáng)基體的強(qiáng)度?；w膠砂型面按數(shù)模剖切橫向紙樣板制作反切內(nèi)木樣板來(lái)控制，使拉形模膠砂型面能夠隨拉形模表面的形狀。

1.3 塑制型面環(huán)氧膠層

待基體環(huán)氧膠砂固化后，開(kāi)始塑制型面環(huán)氧膠層，和制型面環(huán)氧膠層時(shí)內(nèi)加滑石粉作為填料，滑石粉含量占表面環(huán)氧膠層的60%，塑制型面環(huán)氧膠層時(shí)，逐層按壓塑制，每層厚度不大于10mm，進(jìn)行逐層填補(bǔ)環(huán)氧樹(shù)脂層是防止由于環(huán)氧樹(shù)脂凝固時(shí)放出的熱量過(guò)多，表面層內(nèi)部產(chǎn)生氣泡缺陷。塑制時(shí)，首先將涂有脫模劑的型面反切內(nèi)木樣板、周邊四框切內(nèi)木樣板（留出數(shù)控加工余量10mm）定位、固定于拉形模胎體上，然后用環(huán)氧膠層依據(jù)樣板塑制出樣板位置條，最后依據(jù)樣板位置條，用刮板刮制出環(huán)氧層型面。這樣可較好的控制型面環(huán)氧層厚度，保證其較均勻，不會(huì)出現(xiàn)缺肉或膠層過(guò)厚現(xiàn)象。樣板定位示意如圖2所示。

1.4 拉形模型面數(shù)控加工

按數(shù)模編制數(shù)控程序銑切型面，并對(duì)數(shù)控銑后型面缺陷（氣孔、干砂、未凝固環(huán)氧膠）等進(jìn)行修復(fù)，由于表面環(huán)氧層的制造是在開(kāi)放的環(huán)境下進(jìn)行，導(dǎo)致型面氣孔數(shù)量較多，為便于修補(bǔ)，修補(bǔ)用環(huán)氧膠內(nèi)滑石粉填料可降為10%～20%，以便于刮制修補(bǔ)型面，最終水磨砂紙打磨型面至光滑流線。

2 拉形模制作及使用過(guò)程存在的問(wèn)題

2.1 制作過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方法

拉形模型面在數(shù)控銑后易出現(xiàn)膠砂外露、氣孔、內(nèi)層環(huán)氧膠未凝固等現(xiàn)象。膠砂外露可通過(guò)多道膠砂表面層反切內(nèi)木樣板控制型面，復(fù)雜形狀的型面可采用多道反切內(nèi)木樣板嚴(yán)格控制型面的形狀，進(jìn)而控制表面環(huán)氧膠型面厚度；環(huán)氧膠未凝固跟車(chē)間環(huán)境濕度、溫度及固化劑、促進(jìn)劑等的配比有關(guān)系，如化學(xué)試劑的配比用量的多少直接影響拉形模基體強(qiáng)度，間接影響飛機(jī)零件的質(zhì)量，所以拉形?；w環(huán)氧膠砂的調(diào)制是拉形模制造的主要工藝問(wèn)題。表面環(huán)氧層數(shù)控銑后的最大缺陷是大量氣孔的外露，氣孔的出現(xiàn)增加了后續(xù)型面修補(bǔ)的工作量，甚至影響型面公差。如何減少甚至消除氣孔的數(shù)量是制造表面環(huán)氧層的主要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在表面環(huán)氧膠充分和制均勻的基礎(chǔ)上，將填料滑石粉的比例降為40%～50%，表面環(huán)氧膠流動(dòng)較好，氣孔易排出，但因環(huán)氧膠流動(dòng)，型面不易控制，且滑石粉填料的減少會(huì)降低型面潤(rùn)滑效果，影響拉形模表面質(zhì)量；在填料為50%～60%時(shí)，環(huán)氧膠較粘稠，流動(dòng)性小不易和制，但滑石粉填料的增加可改善拉形模表面加工性能，并可提高潤(rùn)滑性，表面質(zhì)量良好。

綜合以上原因，可在塑制底層時(shí)填料控制在40%～50%，塑制表面層時(shí)控制在50%～60%，并在塑制表面層時(shí)逐層按壓塑制，每層厚度控制在10mm以下，以便將膠內(nèi)氣體最大可能的排除。拉形模型面環(huán)氧層填補(bǔ)時(shí)，均勻控制每層環(huán)氧層，并進(jìn)行逐層填補(bǔ)排除凝固時(shí)產(chǎn)生的熱量。

2.2 使用過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方法

窄長(zhǎng)型拉形模，如機(jī)翼前緣蒙皮拉形模在搬運(yùn)及使用過(guò)程中易出現(xiàn)橫向斷裂或表面環(huán)氧膠層開(kāi)裂等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。分析原因主要是：（1）拉形模本身結(jié)構(gòu)特殊，拉伸時(shí)作用力集中導(dǎo)致局部受力過(guò)大導(dǎo)致胎體發(fā)生斷裂。拉形模自身結(jié)構(gòu)特殊和重量較沉，搬運(yùn)時(shí)自重較大引起橫向斷裂；（2）膠砂未和制均勻，因干砂或膠塊導(dǎo)致局部強(qiáng)度不夠；（3）刮制表面環(huán)氧膠層時(shí)，環(huán)氧膠內(nèi)部熱量未充分散發(fā)，導(dǎo)致數(shù)控銑時(shí)就出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期生產(chǎn)制造，得出以下解決方法：該類(lèi)拉形模在膠砂充分和制均勻的基礎(chǔ)上，基體添加整體鋼骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)基體強(qiáng)度；同時(shí)通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在逐層塑制環(huán)氧層型面時(shí)，應(yīng)該等待前一層環(huán)氧樹(shù)脂充分固化放熱徹底后，才能可塑制下一層。每層厚度不超過(guò)10mm，可確保充分固化散熱，避免環(huán)氧層過(guò)厚，基體內(nèi)部熱量不能充分散發(fā)造成環(huán)氧層開(kāi)裂現(xiàn)象的發(fā)生。

結(jié)語(yǔ)

拉形模工藝流程較簡(jiǎn)單、易操作，但容易忽視細(xì)節(jié)，極易產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。對(duì)拉形模常見(jiàn)問(wèn)題的分析、試驗(yàn)，找出解決方法，并將其貫穿于生產(chǎn)制造工藝規(guī)程中，可有效控制生產(chǎn)流程，提高拉形模質(zhì)量，對(duì)提高飛機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量奠定良好基礎(chǔ)，從而可以促進(jìn)國(guó)家飛機(jī)行業(yè)更好更快的發(fā)展。在不具備真空攪拌設(shè)備的情況下，如何減少甚至消除環(huán)氧膠層內(nèi)的氣孔，是按數(shù)模加工拉形模急需解決的問(wèn)題；在數(shù)控加工制造拉形模時(shí)，銑切環(huán)氧樹(shù)脂型面產(chǎn)生大量的粉塵，對(duì)數(shù)控加工人員身體產(chǎn)生一定的危害，除了現(xiàn)有操作方法外，還需要進(jìn)一步研究新型材料在拉形模的制造工藝。

參考文獻(xiàn)

[1]工藝裝備設(shè)計(jì)制造—中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司.工藝員手冊(cè)（第三分冊(cè)）[Z].