環氧膠砂拉形模制造的工藝研究

陳星 蔡健

摘 要：本文主要介紹了環氧膠砂拉形模生產制造的工藝流程，通過對環氧膠砂拉形模在生產、使用過程中出現的一些問題的分析總結，得出環氧膠砂拉形模常見結構及特殊結構在工藝制造時應該注意事項，以及環氧膠砂拉形模還需進一步研究解決的工藝問題，最終通過工藝分析選取合適的工藝流程加工制造工裝拉形模。

關鍵詞：環氧樹脂；環氧膠砂；工藝裝備；拉形模

中圖分類號：TG76 文獻標識碼：A

拉形模用于在拉形機上成型表面積大、曲度變化緩、外表光滑、質量要求高的單、雙曲度蒙皮零件，蒙皮零件指構成飛機氣動力外形的薄板件和內部結構的包皮，工裝拉形模的加工質量好與壞直接影響飛機蒙皮產品的質量，所以拉形模是成型飛機蒙皮零件的重要工藝裝備之一。拉形模結構簡單，一般只有凸模或凹模，除少數為金屬材料外，大部分都是用樟松、環氧膠砂等非金屬材料制造的，這些材料制造周期短，協調性好，便于科研生產初級階段成熟度不高的設計更改，節約了一定的生產制造成本。

拉形模的制造依據通常有切面樣板、正反模型、標準實樣和數學模型，隨著數字化技術的發展，拉形模的制造依據主要轉變為數學模型（以下簡稱數模）。依據的改變，生產過程中也出現了一些新的問題，對拉形模制造工藝的研究及不斷完善可解決各類拉形模在生產過程中常見的一些問題，提高拉形模產品質量及生產效率，從而保證飛機產品的快速發展。

1 數模加工拉形模的生產工藝

設計部門提供拉形模數模為實體模型，不能直接用來作為生產依據，通過工藝分析對該實體模型進行分解，需提供以下制造依據及工藝流程。

1.1 依據數模制作拉形模基體木框架

拉形模是由木質框架和基體環氧膠砂兩部分組成，拉形模基體木質框架是依據數模剖切基體側框及端面紙樣板，依據紙樣板制作木框架，框板樟松30mm～50mm厚，含水率8%～15%。框架帶膠卯榫連接并用圓釘加固，框架內口上側倒45°斜角。在胎長大于1.5m時，沿橫向加一根拉筋（鋼帶），胎長每增加1m加一根拉筋，防止填充膠砂時框架脹裂。根據拉形模的類別（橫向拉形模、縱向拉形模）在非拉伸方向的兩側、胎體重心面之上設置吊環，防止零件拉伸成型的干涉。拉形模拉伸方向的轉角一定要加工制造出來，防止拉伸時出現尖角損壞成型零件。拉形模典型木框架結構如圖1所示。

1.2 和制填充基體膠砂

平臺涂刷脫模劑，拉形模木框架置于平臺上，底面、內側表面涂刷環氧膠，待環氧膠初凝不粘手時，和制填充膠砂，膠砂和制均勻，無膠塊或干砂，開始逐層夯實填充，防止拉形模基體松動產生空隙影響拉形模自身的強度。若拉形模外形尺寸較大（胎長1.5m以上）或長寬比較大時，基體膠砂內需填埋槽鋼或鋼骨架加強，為保證拉形模基體的強度采用整體鋼骨架結構加強基體的強度。基體膠砂型面按數模剖切橫向紙樣板制作反切內木樣板來控制，使拉形模膠砂型面能夠隨拉形模表面的形狀。

1.3 塑制型面環氧膠層

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

1.4 拉形模型面數控加工

按數模編制數控程序銑切型面，并對數控銑后型面缺陷（氣孔、干砂、未凝固環氧膠）等進行修復，由于表面環氧層的制造是在開放的環境下進行，導致型面氣孔數量較多，為便于修補，修補用環氧膠內滑石粉填料可降為10%～20%，以便于刮制修補型面，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程存在的問題

2.1 制作過程中存在的問題及解決方法

拉形模型面在數控銑后易出現膠砂外露、氣孔、內層環氧膠未凝固等現象。膠砂外露可通過多道膠砂表面層反切內木樣板控制型面，復雜形狀的型面可采用多道反切內木樣板嚴格控制型面的形狀，進而控制表面環氧膠型面厚度；環氧膠未凝固跟車間環境濕度、溫度及固化劑、促進劑等的配比有關系，如化學試劑的配比用量的多少直接影響拉形模基體強度，間接影響飛機零件的質量，所以拉形模基體環氧膠砂的調制是拉形模制造的主要工藝問題。表面環氧層數控銑后的最大缺陷是大量氣孔的外露，氣孔的出現增加了后續型面修補的工作量，甚至影響型面公差。如何減少甚至消除氣孔的數量是制造表面環氧層的主要問題。通過對比試驗后發現，在表面環氧膠充分和制均勻的基礎上，將填料滑石粉的比例降為40%～50%，表面環氧膠流動較好，氣孔易排出，但因環氧膠流動，型面不易控制，且滑石粉填料的減少會降低型面潤滑效果，影響拉形模表面質量；在填料為50%～60%時，環氧膠較粘稠，流動性小不易和制，但滑石粉填料的增加可改善拉形模表面加工性能，并可提高潤滑性，表面質量良好。

綜合以上原因，可在塑制底層時填料控制在40%～50%，塑制表面層時控制在50%～60%，并在塑制表面層時逐層按壓塑制，每層厚度控制在10mm以下，以便將膠內氣體最大可能的排除。拉形模型面環氧層填補時，均勻控制每層環氧層，并進行逐層填補排除凝固時產生的熱量。

2.2 使用過程中存在的問題及解決方法

窄長型拉形模，如機翼前緣蒙皮拉形模在搬運及使用過程中易出現橫向斷裂或表面環氧膠層開裂等嚴重質量問題。分析原因主要是：（1）拉形模本身結構特殊，拉伸時作用力集中導致局部受力過大導致胎體發生斷裂。拉形模自身結構特殊和重量較沉，搬運時自重較大引起橫向斷裂；（2）膠砂未和制均勻，因干砂或膠塊導致局部強度不夠；（3）刮制表面環氧膠層時，環氧膠內部熱量未充分散發，導致數控銑時就出現開裂現象。

經過長期生產制造，得出以下解決方法：該類拉形模在膠砂充分和制均勻的基礎上，基體添加整體鋼骨架結構進行加強基體強度；同時通過對比試驗后發現，在逐層塑制環氧層型面時，應該等待前一層環氧樹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10mm，可確保充分固化散熱，避免環氧層過厚，基體內部熱量不能充分散發造成環氧層開裂現象的發生。

結語

拉形模工藝流程較簡單、易操作，但容易忽視細節，極易產生產品質量問題。對拉形模常見問題的分析、試驗，找出解決方法，并將其貫穿于生產制造工藝規程中，可有效控制生產流程，提高拉形模質量，對提高飛機產品的質量奠定良好基礎，從而可以促進國家飛機行業更好更快的發展。在不具備真空攪拌設備的情況下，如何減少甚至消除環氧膠層內的氣孔，是按數模加工拉形模急需解決的問題；在數控加工制造拉形模時，銑切環氧樹脂型面產生大量的粉塵，對數控加工人員身體產生一定的危害，除了現有操作方法外，還需要進一步研究新型材料在拉形模的制造工藝。

參考文獻

[1]工藝裝備設計制造—中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司.工藝員手冊（第三分冊）[Z].