復雜曲面零件化銑樣板的設計方法

魏天嬌

摘 要：化學銑切是在金屬零件表面上涂覆能夠抗腐蝕溶液作用的保護涂料，利用溶液的腐蝕作用去除需要去除表面金屬的過程。加工過程中，化銑區的確定是非常關鍵的一道工序，而作為確定化銑區的輔助工具，化學銑切樣板的設計與制造過程中，存在各類技術難題。本文通過對某機型飛機生產過程中幾個典型復雜零件的分析，從不同的方面論述了解決的方案，提出了新工藝，新方案，經過反復的實驗，改進并落實到實際生產中用以指導化銑樣板的生產。

關鍵詞：化學銑切樣板；關鍵因素分析；化學銑切技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.016

1 前言

在現代航空制造業中，化學銑切技術作為一種特種加工的工藝方法有著廣泛的應用。所謂化學銑切加工，是依靠化學溶液對工件表面溶解的一種加工技術，即利用化學腐蝕和電化學腐蝕原理加工工件的一種工藝方法。通過對化學溶液有效控制，從工件上預先確定的部位、范圍與深度上出去基本材料，從而獲得所需的加工尺寸和尺寸精度。整個加工過程無刀痕、無切屑和工件協調的問題。因此，在飛機制造中占有重要地位。

目前，在飛機各類單雙曲度薄壁蒙皮類零件中，依賴化學銑切技術的零件有很大比例。化學銑切樣板作為重要的輔助工具，是一種精確的平型或曲度型的劃線工裝，用來確定加工之前修整去掉保護涂層的刻線，確定工件上應接受銑切的部位。

2 復雜曲面化銑樣板設計制造的關鍵因素分析

對于一些雙曲度類復雜零件，常規的化銑樣板設計方法顯然難以滿足，而應用數字化技術，改進目前樣板設計和制造的流程，可以更好的解決軍機生產中遇到的難題。

2.1 復雜零件定位孔協調困難

在設計化銑銑切樣板（簡稱化銑樣板）的時候需要考慮化銑樣板與零件的定位關系的問題。而由于復雜零件曲度大，在采用定位孔協調的時候，會出現錯位的情況。

2.2 化銑零件內化銑區的確定

有些零件需要對零件內形面進行化銑，即化銑區與工裝貼合。在設計化銑樣板的過程中，由于化銑樣板使用位置與工裝處在零件的同一側，因此很難保證化銑樣板、零件、工裝同時協調。特別是對于內化銑區的確定以及加工存在很大的難度。該零件采用蒙拉成形，工裝與零件內形貼合，在化銑樣板的制造過程中十分困難。

2.3 復雜曲度零件展開困難

雙曲度零件展開變形比較大，對于這類先成形后化銑零件，需要在成形的毛料上定出化銑區位置，這需要對復雜曲面進行展開計算，然后通過輔助手段確定化銑區的位置。如果曲面展開后失真嚴重，曲面變形大，這種方法就很難實施。

3 復雜曲面零件化銑樣板設計的新方法

為了說明復雜零件的化銑樣板的設計問題，列舉了幾個典型的零件從不同的角度來闡述一下設計的思路和方法。

3.1 通過改進化銑樣板的設計與制造的流程縮短制造周期

3.1.1 改進前的設計方案

對于先成形后化銑類的零件，目前化銑樣板的設計流程是依據三維制造數據集設計出化銑（成形）樣板的展開模線，然后在零件毛料上確定出化銑區的化銑余量線等信息，并開出視口供零件廠使用。

3.1.2 改進后的設計方案

對于采用滾彎成形零件，我們根據具體情況改進了設計和制造流程。

在該零件化銑樣板制造過程中，零件廠提供的毛料與實樣的定位孔出現了協調困難的問題，同時零件與毛料的外緣也不協調。

為了縮短需要返工所延長的制造周期，我們嘗試了利用CATIA V5的展開功能，為零件廠提供了該零件化銑樣板的二維展開數據集。

零件廠依據二維展開數據集直接下料并滾彎成形，經與工裝模胎校核后對比，外緣與通孔完全符合胎線，這樣制得的化銑樣板經過后續打標記、刻等寬線等流程便可以直接供零件廠化銑刻形。這過程中省去了工人手工為化銑區開視口的操作以及銷釘定位等帶來的反復校核的流程，不但簡化了化銑樣板的加工工藝，并且減少了模擬量傳遞過程中的誤差，也減輕了工人的加工強度。

3.2 通過改變設計思路解決復雜曲面的展開問題

3.2.1 曲面構型復雜零件展開難以滿足需要

對于曲面曲度變化大，正常展開難以滿足生產需要的零件，通過輔助樣板等手段難以實現化銑區的定位。零件的曲面展開后整體形狀變化失真，并且由三維狀態傳遞的到二維狀態的化銑區等信息錯位嚴重。

經過反復試驗，發現不能符合工裝胎線的尺寸。

3.2.2 改變展開數據集的設計思路與方法

為了解決這個問題，采用了逆向思考，并利用有限元的思想。將零件分為若干段，分別進行展開，最后根據外形重新定位拼接成形。后經過與胎線比對，完全符合。

將這些分別展開的曲面片繪制在聚酯薄膜上，并分別貼合在化銑樣板的毛料上，根據展開的信息確定出化銑區的位置，由此開出化銑區的視口，最終完成化銑樣板的設計工作。

3.2.3 利用數控機床輔助化銑樣板設計與制造

在飛機的制造過程中，一些雙曲度大蒙皮類零件由于尺寸比較大，化銑區復雜，常規輔助手段無法實現化銑區的定位。

該零件尺寸大、化銑區多、雙曲度曲面展開失真嚴重。對于此類零件采取了利用數控機床在化銑毛料樣板上刻線的加工方式。這需要我們提供一份供數控機床劃線所需的數據集。在數據集中需要加入零件的外形信息、余量信息、開口位置信息、化銑區信息、以及定位孔信息。需要考慮到零件、化銑樣板、工裝之間的配合協調關系和化銑樣板的材料厚度的問題。

盡管這個過程需要幾個單位之間的相互協調和溝通才能完成，但是可以保證化銑區的準確性。可以有效應用于此類零件的化銑樣板的設計和制造工作。

4 結束語

隨著數字化技術的深入應用，在飛機的制造過程中，如何能夠靈活的面對不同類的零件采取相應的方法，使得數字化技術能夠與目前的生產結合，并得到廣泛的應用，是整個行業不斷探索與研究的主要內容。面對飛機零件外形的不斷變化和發展，特別是需要進行化學銑切加工的零件，有復雜化、精確化的趨勢。傳統的依賴化學銑切樣板刻形的方法受到了很大的挑戰，在激光刻形的技術尚未大量應用的前提下，考慮到生產成本及生產周期的需要，采用靈活多變的方案，改進目前的設計思路和設計方法，可以很好的解決生產中的技術難題。endprint