關于零件集中化學銑切的探索驗證

王 偉 劉澤幫 牛麗娜

摘 要：隨著相關化銑技術的進步，人工刻型已逐漸被激光自動刻型所取代，一方面極大地解放了勞動力，另一方面，對局部化銑外形的掌握更加精準，相對的尺寸誤差越小。但是激光刻型具有一定的局限性，主要是針對被刻型零件的尺寸有一定的限制，因此，如何在固定規格尺寸下最大限度的開發激光刻型的潛力，改變零件一次刻型數量，通過多種手段進行所謂的“拼盤”加工，無疑是最為方便的一種。

關鍵詞：套裁；刻型；變形量；集中化銑；“拼盤”加工

1、概述

化銑工藝以減重為目的，同時要保證零件的結構性及功能性，多用于航空航天業，因此大多數采用化銑減重的零件均為局部化銑，即將零件表面分為各種厚度的規格，依次通過化銑浸蝕液進行腐蝕，將不需要的部分進行腐蝕去除，最終在零件表面形成具有梯度薄厚的區域，以達到減重的需要。而在腐蝕之前，需要將不需去除的部分采用保護膠進行保護，通過依次剝落保護膠來腐蝕需要的部分，在整個過程中，最重要的就是刻型。通過在保護膠上的刻型，來確定是否需要腐蝕和腐蝕的程度，進而經過在浸蝕液中浸泡的時間長短來實現不同厚度的目的。

傳統的刻型主要是由操作人員手工完成，通過在零件表面覆蓋上一個與零件大小相同的模具，在模具在標注出需要化銑腐蝕的區域（鏤空），操作人員利用尖銳的器具在保護膠上依照鏤空的模具進行劃線、連線等，在進行化銑前，沿著保護膠上的連線將保護膠剝落，露出零件基體，隨后進行化銑浸泡腐蝕。可以說，刻型是否正確精準決定了化銑零件的最終質量程度。但是手工刻型存在明顯的缺點，操作人員的勞動強度大，劃線連線過程復雜容易出錯且連接處常常出現接茬，導致后續的零件表面化銑邊緣出現偏差，需要打磨返工使其光滑過度。基于以上要求，自動的刻型技術已逐漸成為化銑工藝中的重要部分。

2、技術改進的思路

目前自動的激光刻型技術成熟，在航空航天行業的化銑零件刻型上已廣泛應用。但因激光刻型機床配套的柔性立柱之間有間隔要求，對于小尺寸的零件化銑蒙皮限制較大，通常由于零件尺寸過小而無法裝夾定位，因此在實際的生產過程中，小尺寸零件尚未采用激光刻型。

盡管現階段并未實現小尺寸零件的激光刻型，但這部分零件的數量較大，同一批次性相對較多，若一直采用手工刻型，則嚴重制約生產效率。因此結合生產實際以及激光刻型機柔性立柱之間的間隔要求，通過采用“集成套裁”的方式，將同類型或同一小尺寸零件拼接起來，成為一項較大尺寸的零件，即可以將成批的小尺寸零件集合成大尺寸單一零件進行整體激光刻型，而后采用整體化銑，整個流程結束后，再按照外形輪廓將其切割成型。這樣的操作方法使原有的加工流程縮短，減少工序，同時節省物料。

3、“集成套裁”的生產驗證

3.1 “集成套裁”的生產原則

鑒于零件的尺寸小，采用“套裁思想”進行優化工序，最簡單的就是使用同一項零件，多數量的集合在一起，或者采用同一類型的零件，即同材料、同化銑厚度的小型零件進行 “集成”，形成較大尺寸的零件，來滿足激光刻型機柔性立柱之間的間隔要求。由此可以改善平板小零件刻線質量，提高平板小零件化銑效率。

3.2 “集成套裁”的方案制定

3.2.1 排版建模

選取某典型件進行驗證，考慮其蒙皮采購寬度的限制，故采用尺寸為1220×1220（mm）的毛料尺寸進行排版建模，排版見圖1。排版時要考慮材料侵蝕比對零件間隔的要求，再加上最終完成后方便切割為宜，同時數量的排布要符合經濟效益，即最大量化。

以圖1為模板，編制激光刻型程序，將需要套裁零件的數量、位置統一，將其看做一個整體，原本的零件當做其中的化銑區域，以此進行刻線編程（如圖2）。

3.2.2激光刻型及集成零件化銑

建模完成后，對集成的零件完成保護膠的涂覆，固化后利用激光刻型將原小尺寸零件的化銑區域進行刻型。在化學腐蝕前，對多次腐蝕的區域刷涂密封劑進行保護刻線區域（圖3），防止浸蝕液滲入造成漏蝕。在需要化銑的區域將保護膠剝落，進而裝掛在零件裝掛架上，利用電火花測漏儀進行漏點檢測。

圖3 集成零件刷密封劑及裝掛零件

圖4 對集成進行電火花測漏和補漏

3.2.3 完成外形切割

完成化銑的零件如圖5所示，在經過后期的加工處理，如制孔、確定外形線（圖6）等，逐漸完成單個零件的成形（圖7）。從某種意義上說，對于小零件的制作流程上也具有一定的促進作用，可統一地一次完成制孔要求，避免零件先成形，后續在單個零件逐一制孔，節約了大量的工序時間，提高了整個零件的加工效率。

圖5 化銑后狀態 圖6后續加工工序 圖7零件成品

4、結論

采取套裁思想，將無法進行激光刻型的平板小零件集成為一塊大的蒙皮，進行整體噴膠、整體刻型、整體化銑，從成本和效率上都有了大幅度的提升。經過統計，典型件下料尺寸為210mm×164mm，套裁整體下料尺寸為1220mm×1220mm，若排布72個小零件，則72個生產件需要材料210×164/1000000=2.48㎡，套裁只需要1220×1220/1000000=1.488㎡，故節省原材料40%。與此同時，零件整體裝掛采用兩根鐵絲需要8min，72件小零件每件需要一根鐵絲固定，每件至少需要4 min。由此可節省7小時。此外該零件化銑深度達3mm，為了避免零件化銑的區域不均勻，中間需要將零件翻轉，整體零件翻轉重新裝掛需要10 min，小零件每件需要5 min。對比下來，節省的時間大約為6小時。

但是，由于激光刻型機柔性排架X軸最小距離為500mm，Y軸最小距離為230mm。故目前來說，選取 “集成套裁”的零件具有一定的限制條件（平板零件，且集合的尺寸最小為1000mm×1000mm）。本文所選取的典型件按照零件外形要求，將化銑區域的間隔作為零件的一部分，因此在保證侵蝕比的情況下，間隔略寬。同時，最終零件的切割區域部分位于化銑區內，即切割時，厚度不等，適用于機械切割，人工切割則不建議采取此布局方案，有可能會對最終的外形尺寸造成不良影響。

5、展望

綜上所述，采用零件“集成套裁”的生產流程十分有效，也十分必要。但是，對于大部分零件來說，仍有尚未攻克的問題，如化銑時零件的變形問題，零件本身具有單雙曲度時應該如何進行等等。這些都需要零件在整個加工流程中通盤考慮，不僅僅只針對化銑工藝進行單一的改變，需要零件在前期加工（拉伸、滾彎）以及后續成形（制孔、切邊等）中進行不同程度的變化才能最終實現 “集成套裁”的生產模式。