大型蒙皮零件化銑樣板研究

閆亞峰

（航空工業(yè)江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，南昌 330024）

大型蒙皮零件是構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形的關(guān)鍵零件，也是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的重要受力構(gòu)件，其零件尺寸大，有一些零件內(nèi)部存在銑切厚度區(qū)域，且銑切區(qū)域形狀復(fù)雜。此類大型蒙皮零件（指長度在2 m 以上的零件）一般采用先成型、后化銑的工藝加工?；姌影迨橇慵娺^程中不可或缺的工裝，化銑樣板的精度和周期直接影響蒙皮零件的精度和周期。因此，化銑樣板的制作至關(guān)重要。本文主要研究化銑樣板的加工方法。大型蒙皮零件都是內(nèi)表面化銑，故本文研究不涉及雙面化銑、外表面化銑情況。

1 目前的化銑樣板加工方法——模胎加工法

模胎加工法是指利用零件成型模胎成型化銑樣板，并將化銑樣板用銷釘孔定位在成形模胎上進(jìn)行樣板形位線刻型的方法。圖1為模胎加工法中模胎、零件和化銑樣板的關(guān)系。

圖1 模胎加工法

1.1 工藝路線

工藝路線：化銑樣板（工藝數(shù)模）設(shè)計(jì)—下料—成型—數(shù)控刻線—加工化銑窗口。

1.2 設(shè)計(jì)思路

1.2.1 確定化銑樣板材料及尺寸

化銑樣板用材料一般選取LY12M-δ0.8～1.2 mm，但因?yàn)榇蟪叽绮牧舷∪?，樣板材料也?huì)根據(jù)庫房現(xiàn)有材料進(jìn)行調(diào)整。

化銑樣板毛料尺寸一般與蒙皮零件毛料尺寸相同，應(yīng)按拉形方式（分橫向拉形和縱向拉形）確定。

1.2.2 化銑樣板定位方式

每塊化銑樣板在外緣線之外需設(shè)置2 個(gè)以上的銷釘孔。銷釘孔一般位于樣板長方向的兩端（圖2）。銷釘孔是化銑樣板與化銑零件的定位基準(zhǔn)；也是化銑樣板與模胎的定位基準(zhǔn)?；姌影迳系匿N釘孔應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)樣上的銷釘孔，模胎上的定位孔協(xié)調(diào)一致。銷釘孔的數(shù)量應(yīng)綜合考慮零件尺寸、形狀等確定。銷釘孔距零件邊緣線為20～80 mm。

圖2 銷釘孔的確定（單位：mm）

1.2.3 樣板形位線設(shè)計(jì)

（1）浸蝕比確定。浸蝕比是材料在化銑過程中橫向銑切量與銑切深度的比值，如圖3所示。浸蝕比的影響因素有化銑溶液、化銑保護(hù)膠和銑切材料。改變以上任何一種因素均需重新測定浸蝕比。

圖3 浸蝕比示意圖

浸蝕比按公式（1）計(jì)算

式中：e 為浸蝕比（0.95～1.05），一般取0.95；b 為橫向銑切量，mm；h 為銑切深度，mm。

（2）計(jì)算橫向銑切量。依據(jù)零件銑切深度和浸蝕比，計(jì)算橫向銑切量。單臺(tái)階零件橫向銑切量按公式（2）計(jì)算，雙臺(tái)階零件中第二臺(tái)階橫向銑切量按公式（3）計(jì)算，截面圖如圖4所示。

式中：b 為橫向銑切量，mm；e 為浸蝕比；h 為銑切深度，mm。

式中：b2為第二臺(tái)階橫向銑切量，mm；e 為浸蝕比；h2為第二臺(tái)階銑切深度，mm；h1為第二臺(tái)階銑切深度，mm。

（3）樣板形位線的確定開口?；娺吘壘€再加上橫向銑切量即為樣板形位線。如圖4所示。

圖4 樣板形位線的確定開口

1.2.4 化銑工藝數(shù)模設(shè)計(jì)

化銑工藝數(shù)模是化銑樣板數(shù)控加工的依據(jù)。應(yīng)首先確定樣板刻型面。零件周邊應(yīng)留30～50 mm 的工藝余量。銷釘孔、樣板形位線、零件邊緣線、裝配余量線及標(biāo)志孔等所有需要元素都應(yīng)設(shè)計(jì)在刻型面上。

1.2.5 樣板工藝單設(shè)計(jì)

樣板工藝單上必須用剖面圖表示出化銑樣板與零件的貼合關(guān)系。

1.2.6 下料

下料車間按照樣板設(shè)計(jì)部門提出的公用簽（下料交接要求）下出化銑樣板毛料。

1.3 化銑樣板成型

化銑樣板在零件成型模胎上拉形成型，由鈑金車間完成。為提高貼膜度，采用緊箍拉形方法。應(yīng)保證貼膜間隙小于等于0.5 mm（在施加5 kg 力范圍內(nèi)）。化銑樣板上的銷釘孔應(yīng)按模胎協(xié)調(diào)開出。

1.4 化銑樣板數(shù)控刻型

化銑樣板數(shù)控刻型由模胎制造車間完成?？叹€要求控制在寬0.5 mm，深0.3 mm，刻線應(yīng)采用五坐標(biāo)設(shè)備進(jìn)行加工?？叹€時(shí)，用定位銷將化銑樣板毛料固定在模胎上，為保證貼膜良好，應(yīng)在非加工區(qū)域用繃帶進(jìn)行固定。

1.5 加工化銑窗口

手工加工化銑窗口由模線樣板車間完成。開化銑窗口時(shí)，沿樣板形位線中間進(jìn)行剪切。制造完成后,與模胎按銷釘孔定位，施加約5 kg 沙袋，保證貼膜間隙小于等于0.5 mm。

2 模胎加工法存在的問題

（1）化銑樣板制造路線較長，涉及部門較多（包括模線樣板車間、下料車間、鈑金車間及模具制造車間），一直存在部門間溝通協(xié)調(diào)不順暢等問題，導(dǎo)致交付周期較長（平均每項(xiàng)60 d 左右）。

（2）由于樣板材料、工藝方法等局限，目前存在以下問題：①曲率較大零件化銑樣板制造過程中會(huì)出現(xiàn)貼模度差、定位不準(zhǔn)確等問題；②閉角度、陡壁零件化銑樣板存在貼模度差、刻線不準(zhǔn)確等問題；③大尺寸蒙皮零件因材料不能滿足要求而分段設(shè)計(jì)時(shí)存在協(xié)調(diào)定位不準(zhǔn)確、誤差較大等。這幾類零件化銑樣板誤差較大，導(dǎo)致此類零件化銑區(qū)域加工超差需反復(fù)修整，甚至不能滿足零件交付要求。

（3）鑒于目前模胎加工法存在周期和精度等問題，經(jīng)過調(diào)研和論證，采用了2 種新的化銑樣板加工方法，即玻璃鋼化銑樣板加工法、鏡像銑加工法。

3 改進(jìn)的加工方法

3.1 玻璃鋼化銑樣板加工法

玻璃鋼化銑樣板是指在成型模胎上糊制玻璃布，玻璃布固化成型后，再加工出化銑窗口的一種化銑樣板。此模胎不是零件成型模胎，而是化銑樣板成型專用模胎，模胎與化銑樣板、零件。

3.1.1 工藝路線

工藝路線：化銑工藝數(shù)模設(shè)計(jì)—成型模胎設(shè)計(jì)—成型模胎制造—化銑樣板糊制—化銑樣板數(shù)控加工—化銑樣板的修整。

3.1.2 工藝數(shù)模設(shè)計(jì)

此化銑工藝數(shù)模供成型模胎設(shè)計(jì)、化銑樣板數(shù)控加工和數(shù)控檢測使用。化銑工藝數(shù)模設(shè)計(jì)應(yīng)考慮化銑余量、裝配余量，按樣板形位線設(shè)計(jì)化銑窗口，設(shè)計(jì)出4 個(gè)Φ 5.2 mm 銷釘孔。

3.1.3 成型模胎制造

為保證底面的平面度，應(yīng)在平臺(tái)上用環(huán)氧樹脂塑制底平面。數(shù)控加工后，用環(huán)氧樹脂或原子灰膩?zhàn)訉?duì)型面缺陷進(jìn)行修復(fù)。

3.1.4 化銑樣板糊制

糊制玻璃鋼時(shí)邊緣線外應(yīng)留不小于30 mm 的余量。整個(gè)糊制過程實(shí)行多次成型，每次糊制（2～3）層后，要待固化高峰過后（即樹脂膠液較粘稠時(shí)，在20 ℃時(shí)，一般60 min 左右），方可進(jìn)行下一層的糊制。

3.1.5 化銑樣板數(shù)控加工

由于玻璃鋼化銑樣板的數(shù)控加工在不起模的狀態(tài)下完成，在數(shù)控加工時(shí)容易造成玻璃鋼脫模飛出，要求玻璃鋼固化成形后用規(guī)格為4 mm×30 mm 的自攻釘進(jìn)行固定，自攻釘應(yīng)符合GB/T 100—1986《開槽沉頭木螺釘》的規(guī)定。

數(shù)控加工前應(yīng)按照成型模胎基準(zhǔn)孔找正模胎，檢查模胎變形度，底面變形度應(yīng)小于等于0.3 mm。當(dāng)?shù)酌孀冃味却笥?.3 mm 時(shí)，需要重新塑制底平面。

數(shù)控加工玻璃鋼邊緣時(shí)，銑刀要深入成型模胎1～2 mm，保證加工徹底，無毛邊剩余。在進(jìn)行工作邊加工時(shí)應(yīng)預(yù)留0.2 mm 的精加工余量。

3.2 鏡像銑加工法

鏡像銑加工法是指化銑樣板成型后，直接采用鏡像銑機(jī)床加工出化銑窗口的加工方法。以下是化銑工藝數(shù)模設(shè)計(jì)。

（1）刻型面確定。化銑樣板正面即刻型面。蒙皮零件是內(nèi)形面化銑，化銑樣板外形面即是零件內(nèi)形面，因鏡像銑加工是凹面加工，故刻型面是零件內(nèi)形面往內(nèi)偏移1 個(gè)化銑樣板材料厚度，如圖5所示。

圖5 鏡像銑加工刻型面的確定

（2）鏡像銑加工中的化銑工藝數(shù)模即是化銑樣板實(shí)物的數(shù)字化模型。工藝數(shù)模應(yīng)設(shè)計(jì)銷釘孔、銑切吊裝孔、銑切定位孔和標(biāo)志孔等工藝孔。吊裝孔應(yīng)設(shè)計(jì)在零件邊緣線外易于吊裝的位置，標(biāo)志孔一般設(shè)計(jì)在化銑樣板邊角處。樣板上的化銑窗口應(yīng)在工藝數(shù)模中開出通孔。在零件邊緣線外長桁軸線方向單邊留285 mm銑切余量，供化銑樣板上鏡像銑機(jī)床裝夾使用；在垂直于長桁軸線方向單邊留80 mm 銑切余量。

4 比較分析

改進(jìn)的加工方法與模胎加工法相比。

玻璃鋼化銑樣板加工法，工藝路線縮短?；姌影逯圃煊稍瓉砟＞€樣板車間、下料車間、鈑金車間和模具制造車間4 個(gè)部門完成，縮短制造周期為在模具制造車間一個(gè)部門完成。制造周期由原來的近60 d 縮短至25 d 左右。制造誤差由原來的小于等于0.8 mm 提高到小于等于0.3 mm。但需要做專門用于成型的模胎，且玻璃絲布糊制工藝對(duì)人員要求很高。

鏡像銑加工法，工藝路線較短?；姌影逯圃煊稍瓉砟＞€樣板車間、下料車間、鈑金車間和模具制造車間4 個(gè)部門完成，縮短制造周期為在下料車間、鈑金車間2 個(gè)部門完成。制造周期由原來的近60 d 縮短至20 d左右。制造誤差由原來的小于等于0.8 mm 提高到小于等于0.5 mm。但需利用鏡像銑機(jī)床資源。

5 結(jié)束語

具體使用哪種加工方法，應(yīng)從周期、成本、精度及工廠資源等方面綜合考慮。后續(xù)應(yīng)從制造專門模胎、配制專用定位銷等方面努力，進(jìn)一步消除化銑樣板制造誤差。只有通過工程技術(shù)人員的不斷探索、不斷創(chuàng)新，才能創(chuàng)造出更加有效的化銑樣板加工方法。