大型蒙皮零件化銑樣板研究

閆亞峰

（航空工業江西洪都航空工業集團有限責任公司，南昌 330024）

大型蒙皮零件是構成飛機氣動外形的關鍵零件，也是飛機結構的重要受力構件，其零件尺寸大，有一些零件內部存在銑切厚度區域，且銑切區域形狀復雜。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。化銑樣板是零件化銑過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（工藝數模）設計—下料—成型—數控刻線—加工化銑窗口。

1.2 設計思路

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，但因為大尺寸材料稀缺，樣板材料也會根據庫房現有材料進行調整。

化銑樣板毛料尺寸一般與蒙皮零件毛料尺寸相同，應按拉形方式（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置2 個以上的銷釘孔。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；也是化銑樣板與模胎的定位基準。化銑樣板上的銷釘孔應與標準實樣上的銷釘孔，模胎上的定位孔協調一致。銷釘孔的數量應綜合考慮零件尺寸、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 樣板形位線設計

（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）計算橫向銑切量。依據零件銑切深度和浸蝕比，計算橫向銑切量。單臺階零件橫向銑切量按公式（2）計算，雙臺階零件中第二臺階橫向銑切量按公式（3）計算，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為第二臺階橫向銑切量，mm；e 為浸蝕比；h2為第二臺階銑切深度，mm；h1為第二臺階銑切深度，mm。

（3）樣板形位線的確定開口。化銑邊緣線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 化銑工藝數模設計

化銑工藝數模是化銑樣板數控加工的依據。應首先確定樣板刻型面。零件周邊應留30～50 mm 的工藝余量。銷釘孔、樣板形位線、零件邊緣線、裝配余量線及標志孔等所有需要元素都應設計在刻型面上。

1.2.5 樣板工藝單設計

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系。

1.2.6 下料

下料車間按照樣板設計部門提出的公用簽（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。應保證貼膜間隙小于等于0.5 mm（在施加5 kg 力范圍內）。化銑樣板上的銷釘孔應按模胎協調開出。

1.4 化銑樣板數控刻型

化銑樣板數控刻型由模胎制造車間完成。刻線要求控制在寬0.5 mm，深0.3 mm，刻線應采用五坐標設備進行加工。刻線時，用定位銷將化銑樣板毛料固定在模胎上，為保證貼膜良好，應在非加工區域用繃帶進行固定。

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，沿樣板形位線中間進行剪切。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調不順暢等問題，導致交付周期較長（平均每項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出現貼模度差、定位不準確等問題；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計時存在協調定位不準確、誤差較大等。這幾類零件化銑樣板誤差較大，導致此類零件化銑區域加工超差需反復修整，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，經過調研和論證，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：化銑工藝數模設計—成型模胎設計—成型模胎制造—化銑樣板糊制—化銑樣板數控加工—化銑樣板的修整。

3.1.2 工藝數模設計

此化銑工藝數模供成型模胎設計、化銑樣板數控加工和數控檢測使用。化銑工藝數模設計應考慮化銑余量、裝配余量，按樣板形位線設計化銑窗口，設計出4 個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，應在平臺上用環氧樹脂塑制底平面。數控加工后，用環氧樹脂或原子灰膩子對型面缺陷進行修復。

3.1.4 化銑樣板糊制

糊制玻璃鋼時邊緣線外應留不小于30 mm 的余量。整個糊制過程實行多次成型，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，在20 ℃時，一般60 min 左右），方可進行下一層的糊制。

3.1.5 化銑樣板數控加工

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

數控加工前應按照成型模胎基準孔找正模胎，檢查模胎變形度，底面變形度應小于等于0.3 mm。當底面變形度大于0.3 mm 時，需要重新塑制底平面。

數控加工玻璃鋼邊緣時，銑刀要深入成型模胎1～2 mm，保證加工徹底，無毛邊剩余。在進行工作邊加工時應預留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，直接采用鏡像銑機床加工出化銑窗口的加工方法。以下是化銑工藝數模設計。

（1）刻型面確定。化銑樣板正面即刻型面。蒙皮零件是內形面化銑，化銑樣板外形面即是零件內形面，因鏡像銑加工是凹面加工，故刻型面是零件內形面往內偏移1 個化銑樣板材料厚度，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模即是化銑樣板實物的數字化模型。工藝數模應設計銷釘孔、銑切吊裝孔、銑切定位孔和標志孔等工藝孔。吊裝孔應設計在零件邊緣線外易于吊裝的位置，標志孔一般設計在化銑樣板邊角處。樣板上的化銑窗口應在工藝數模中開出通孔。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。化銑樣板制造由原來模線樣板車間、下料車間、鈑金車間和模具制造車間4 個部門完成，縮短制造周期為在模具制造車間一個部門完成。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人員要求很高。

鏡像銑加工法，工藝路線較短。化銑樣板制造由原來模線樣板車間、下料車間、鈑金車間和模具制造車間4 個部門完成，縮短制造周期為在下料車間、鈑金車間2 個部門完成。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。但需利用鏡像銑機床資源。

5 結束語

具體使用哪種加工方法，應從周期、成本、精度及工廠資源等方面綜合考慮。后續應從制造專門模胎、配制專用定位銷等方面努力，進一步消除化銑樣板制造誤差。只有通過工程技術人員的不斷探索、不斷創新，才能創造出更加有效的化銑樣板加工方法。