芳綸蜂窩零件型面質(zhì)量的試驗研究

劉探++秦華++王錫勇

摘 要：蜂窩零件作為當今飛機重要的組成部分，其質(zhì)量要求日益嚴格。本文研究某無人機型號蜂窩芯零件在不同試驗條件下的表面質(zhì)量變化，利用正交試驗法對切削方式（走刀方式）、切削進給、前傾角度分別進行研究，發(fā)現(xiàn)其中對型面質(zhì)量影響很大的因素。

關(guān)鍵詞：蜂窩芯；正交試驗法；切削方式；前傾角

中圖分類號：V261.23 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0076-01

1 引言

蜜蜂構(gòu)筑的六角型蜂巢可以說是自然界的一大奇跡。它的結(jié)構(gòu)比任何圓形或者正方形的結(jié)構(gòu)更強有力，能承擔來自各方的外力。目前市面上應(yīng)用最多的蜂窩芯為芳綸蜂窩芯，芳綸紙蜂窩是利用芳香族有機高分子纖維經(jīng)過一定的制作工藝制備而成，我國研究該纖維始于20世紀70年代，命名芳綸，1981年和1985年分別研制成功了芳綸纖維14（芳綸I號）和芳綸1414（芳綸II號）[1]。蜂窩芯材料具有重量輕、密度小、比強度比剛度高，同時也具有良好的自熄性能、優(yōu)異的絕緣性能、優(yōu)良的化學特性等特點；正是蜂窩具有這樣的特殊性，目前已被大量應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

但目前其數(shù)控加工后的型面質(zhì)量一直欠佳，特別是孔徑大、密度小的蜂窩芯零件一直成為各科研生產(chǎn)單位的難題從零件加工仿真圖可以得知：零件最終狀態(tài)并沒有毛刺情況，根據(jù)零件加工實際型面情況，可以看出加工后的型面存在大量切削仍殘留在零件上，需要后續(xù)大量清理，不僅僅勞動強度大，而且也存在質(zhì)量風險；因此，本文將就如何得到較好的蜂窩芯型面質(zhì)量展開較深入的研究。

2 試驗材料、條件、方法、結(jié)果

試驗材料：試驗用的蜂窩芯材料為NRH-3-32，為某型號無人機項目通用制造原材料。其編號代表孔格邊長為3mm，公稱密度32kg/m3，當孔格邊長不變時，密度越大其強度越大，反之則越小，所以可以推斷本試驗材料材質(zhì)強度相對偏小[2]。

（1）試驗條件：溫度26℃，濕度30%RH，設(shè)備GTF 27（FIDIA 40），刀具（常州雪士力蜂窩銑刀），在刀具材料方面，常州雪士力蜂窩銑刀更適合蜂窩板的銑削加工；在刀形方面，菱齒銑刀和人字齒銑刀的切削效果更好。因此，本實驗將采用常州雪士力蜂窩銑刀進行實驗研究，銑削條件：主軸轉(zhuǎn)速n=6500r/min，工件進給速度v·f=200mm/min，銑削寬度a<分別為1，2，3，4mm，保證實驗結(jié)果的準確性的前提條件就是選擇多刃磨損量的平均值。在實驗的過程中注意使用的控銑床的參數(shù)，蜂窩板是一種由特殊的材料制成的。安裝時會存在一些薄壁的結(jié)構(gòu)及質(zhì)地相對來說較為軟，因此在用夾具的時候一定要注意安裝夾具的穩(wěn)定性，保證它沒有損壞，并且在安裝夾具時定位要準確，保證家具受力面較為均勻。這樣可以讓家具在加工過程中保持穩(wěn)定性，方便于實踐的操作。

（2）實驗過程：我們通過對某零件的跟蹤現(xiàn)場加工，我們發(fā)現(xiàn)有以下幾點對蜂窩零件型面有影響：刀具已使用時間（t）、切削方式（N）（走刀方式）、前傾角度（α）、進給率（F）；a 單因素試驗方法與結(jié)果試驗采取控制變量法，對各因素進行一一試驗；根據(jù)相關(guān)研究，取用刀具僅使用5h、逆銑加工、前傾角α=5°、進給率F=2000進行相關(guān)實驗，因素水平如表1所示。表面粗糙度按照單位面積（3cm*3cm）毛刺數(shù)目進行檢查。

（3）試驗結(jié)果：具體試驗結(jié)果我們以圖表的形式進行呈現(xiàn)，通過不同因素的對比分析得出個因素的主次關(guān)系。可以看出，表面粗糙度隨刀具使用時間增加而變大，但變化率較小；隨切削方式的變化而變化，且變化較大，逆銑狀態(tài)明顯優(yōu)于順銑狀態(tài)；隨前傾角度的增大而增大，在5°時發(fā)生明顯變化；隨進給率增大而增大，但變化不明顯。因此，我們可以看出對蜂窩零件型面質(zhì)量影響最大的因素為切削方式和前傾角度；但是單一的參數(shù)選擇不能滿足實際加工需求，需要多個參數(shù)共同優(yōu)化，以保證質(zhì)量的提高。b正交試驗及結(jié)果我們根據(jù)上面的試驗結(jié)果，我們不難看出切削方式和前傾角度對蜂窩零件型面質(zhì)量影響最大。因此我們選取最重要的因素進行正交試驗，建立函數(shù)模型f（x）=f（x1，x2）=f（N，α），其中刀具使用時間不超過5h，切削進給控制在2000mmpm。

根據(jù)零件數(shù)模分析，采用不同的加工方式和前傾角度，共計編制出4條程序[3]；其中所有程序加工余量1mm，步距1mm，如表2所示。

（4）試驗結(jié)果：順銑的切屑多數(shù)為斷續(xù)片狀或絲狀，而逆銑多數(shù)為連續(xù)絲狀；具體試驗對比表：如表3所示不同試驗條件下型面質(zhì)量狀態(tài)統(tǒng)計。

從表中我們可以看出，當加工時采用逆銑加工，同時前傾角在5°左右時，其加工出的型面質(zhì)量為最好。

3 討論

本文從加工方式和前傾角對型面質(zhì)量進行了討論，但是其實刀具狀態(tài)和進給對型面質(zhì)量也有一定的影響，只是其影響沒有前兩者強烈，因此本文作次要因素不作探討。

我們從理論分析可以得出，順銑加工會對蜂窩單個晶格自上而下切削，而逆銑是對單個晶格自下而上切削；前傾角越小，越接近刀刃45°切削于蜂窩體；大家都知道被切削體的底部剛性為最好，45°切削是最好的切削方式，最終試驗結(jié)果恰恰驗證了理論分析，因此當切削方式為逆銑，前傾角越小時，其加工的型面質(zhì)量越好。

目前，我們僅僅對NRH-2-32類蜂窩芯材料進行試驗，其余不同孔格和密度下的材料未進行試驗，但可根據(jù)經(jīng)驗推斷，其加工狀態(tài)具有共性。

4 結(jié)語

（1）芳綸蜂窩芯型面質(zhì)量的影響因素從大到小依次有：切削方式、前傾角度、刀具狀態(tài)、切削進給；

（2）對于芳綸蜂窩芯型面精加工，推薦采用逆銑加工，且前傾角在5°左右。

參考文獻

[1]朱和國，張愛文.復(fù)合材料原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013（7）：41.

[2]GJB 1874-94.飛機結(jié)構(gòu)用芳綸紙基蜂窩芯材規(guī)范[S].北京：國防科工委軍標出版發(fā)行部，1994.

[3]吳明友.UG NX6.0數(shù)控編程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012（9）：150-175.