復(fù)雜曲面零件化銑樣板的設(shè)計方法

魏天嬌

摘 要：化學(xué)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(qū)的確定是非常關(guān)鍵的一道工序，而作為確定化銑區(qū)的輔助工具，化學(xué)銑切樣板的設(shè)計與制造過程中，存在各類技術(shù)難題。本文通過對某機型飛機生產(chǎn)過程中幾個典型復(fù)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(jīng)過反復(fù)的實驗，改進并落實到實際生產(chǎn)中用以指導(dǎo)化銑樣板的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)銑切樣板；關(guān)鍵因素分析；化學(xué)銑切技術(shù)

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

1 前言

在現(xiàn)代航空制造業(yè)中，化學(xué)銑切技術(shù)作為一種特種加工的工藝方法有著廣泛的應(yīng)用。所謂化學(xué)銑切加工，是依靠化學(xué)溶液對工件表面溶解的一種加工技術(shù)，即利用化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕原理加工工件的一種工藝方法。通過對化學(xué)溶液有效控制，從工件上預(yù)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(xié)調(diào)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(xué)銑切技術(shù)的零件有很大比例。化學(xué)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(yīng)接受銑切的部位。

2 復(fù)雜曲面化銑樣板設(shè)計制造的關(guān)鍵因素分析

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

2.1 復(fù)雜零件定位孔協(xié)調(diào)困難

在設(shè)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(guān)系的問題。而由于復(fù)雜零件曲度大，在采用定位孔協(xié)調(diào)的時候，會出現(xiàn)錯位的情況。

2.2 化銑零件內(nèi)化銑區(qū)的確定

有些零件需要對零件內(nèi)形面進行化銑，即化銑區(qū)與工裝貼合。在設(shè)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(cè)，因此很難保證化銑樣板、零件、工裝同時協(xié)調(diào)。特別是對于內(nèi)化銑區(qū)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(nèi)形貼合，在化銑樣板的制造過程中十分困難。

2.3 復(fù)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(qū)位置，這需要對復(fù)雜曲面進行展開計算，然后通過輔助手段確定化銑區(qū)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(fù)雜曲面零件化銑樣板設(shè)計的新方法

為了說明復(fù)雜零件的化銑樣板的設(shè)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(shè)計的思路和方法。

3.1 通過改進化銑樣板的設(shè)計與制造的流程縮短制造周期

3.1.1 改進前的設(shè)計方案

對于先成形后化銑類的零件，目前化銑樣板的設(shè)計流程是依據(jù)三維制造數(shù)據(jù)集設(shè)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(qū)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(shè)計方案

對于采用滾彎成形零件，我們根據(jù)具體情況改進了設(shè)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(xiàn)了協(xié)調(diào)困難的問題，同時零件與毛料的外緣也不協(xié)調(diào)。

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(shù)據(jù)集。

零件廠依據(jù)二維展開數(shù)據(jù)集直接下料并滾彎成形，經(jīng)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(jīng)過后續(xù)打標(biāo)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(qū)開視口的操作以及銷釘定位等帶來的反復(fù)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(shè)計思路解決復(fù)雜曲面的展開問題

3.2.1 曲面構(gòu)型復(fù)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(chǎn)需要的零件，通過輔助樣板等手段難以實現(xiàn)化銑區(qū)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(tài)傳遞的到二維狀態(tài)的化銑區(qū)等信息錯位嚴重。

經(jīng)過反復(fù)試驗，發(fā)現(xiàn)不能符合工裝胎線的尺寸。

3.2.2 改變展開數(shù)據(jù)集的設(shè)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(jù)外形重新定位拼接成形。后經(jīng)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(jù)展開的信息確定出化銑區(qū)的位置，由此開出化銑區(qū)的視口，最終完成化銑樣板的設(shè)計工作。

3.2.3 利用數(shù)控機床輔助化銑樣板設(shè)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(qū)復(fù)雜，常規(guī)輔助手段無法實現(xiàn)化銑區(qū)的定位。

該零件尺寸大、化銑區(qū)多、雙曲度曲面展開失真嚴重。對于此類零件采取了利用數(shù)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(shù)控機床劃線所需的數(shù)據(jù)集。在數(shù)據(jù)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(qū)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(xié)調(diào)關(guān)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(xié)調(diào)和溝通才能完成，但是可以保證化銑區(qū)的準(zhǔn)確性。可以有效應(yīng)用于此類零件的化銑樣板的設(shè)計和制造工作。

4 結(jié)束語

隨著數(shù)字化技術(shù)的深入應(yīng)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(yīng)的方法，使得數(shù)字化技術(shù)能夠與目前的生產(chǎn)結(jié)合，并得到廣泛的應(yīng)用，是整個行業(yè)不斷探索與研究的主要內(nèi)容。面對飛機零件外形的不斷變化和發(fā)展，特別是需要進行化學(xué)銑切加工的零件，有復(fù)雜化、精確化的趨勢。傳統(tǒng)的依賴化學(xué)銑切樣板刻形的方法受到了很大的挑戰(zhàn)，在激光刻形的技術(shù)尚未大量應(yīng)用的前提下，考慮到生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期的需要，采用靈活多變的方案，改進目前的設(shè)計思路和設(shè)計方法，可以很好的解決生產(chǎn)中的技術(shù)難題。endprint