大型蒙皮玻璃钢化铣样板制造技术研究_汪海峰.pdf

第43 卷第1期2023 年2 月飞机设计AICAFT DESIGNVol 43 No 1Feb2023收稿日期:2021 12 21;修订日期:2022 11 27作者简介:汪海峰(1983)，男，高级工程师，硕士引用格式:汪海峰，金妍，吴华东，等 大型蒙皮玻璃钢化铣样板制造技术研究 J 飞机设计，2023，43(1):64 67 WANG Haifeng，JINYan，WU Huadong，et al esearch on Manufacturing Technology of Fiberglass Chemical Milling Template for Large Skin J AircraftDesign，2023，43(1):64 67文章编号:1673 4599(2023)01 0064 04doi:1019555/j cnki1673 4599202301013大型蒙皮玻璃钢化铣样板制造技术研究汪海峰，金妍，吴华东，陈星，张莉(沈阳飞机工业(集团)有限公司，辽宁 沈阳110850)摘要:采用零件数模设计制造的玻璃钢化铣样板替代传统的金属样板来对飞机化铣类蒙皮进行刻形，通过提高化铣样板的制造精度来提高蒙皮化铣后的尺寸精度。全新的玻璃钢化铣样板以设计数模为依据，通过设计专用的刻形工装，并使用玻璃丝布和环氧树脂胶，逐层在刻形工装表面进行铺设和固化的方式，得到玻璃钢样板毛坯，毛坯固化后经过五轴机床数控加工化铣视口得到最终的化铣刻形样板。生产使用过程中玻璃钢化铣样板具有强度高、回弹小、加工周期短等特点，数字化制造的玻璃钢刻形样板型面准确与蒙皮贴合度好，刻形准确度提高。采用玻璃钢化铣样板加工后的蒙皮化铣尺寸精度提高 0.5 1 mm，玻璃钢化铣刻形样板可以有效地提高化铣蒙皮的尺寸加工准确性，提高化铣蒙皮的加工质量。关键词:蒙皮;化铣样板;玻璃钢中图分类号:V261.23文献标识码:Aesearch on Manufacturing Technology of Fiberglass ChemicalMilling Template for Large SkinWANG Haifeng，JIN Yan，WU Huadong，CHEN Xing，ZHANG Li(Shenyang Aircraft Corporation，Shenyang110850，China)Abstract:The glass tempered milling template designed and manufactured by parts digital model re-places the traditional metal template to engrave the aircraft chemical milling skin By improving themanufacturing accuracy of chemical milling template，the dimensional accuracy of the skin afterchemical milling is improved The brand-new glass tempered milling template is based on the designmathematical model By designing a special engraving tool，glass fiber cloth and epoxy resin glue areused to lay and cure on the surface of the engraving tool layer by layer to obtain the FP templateblank After the blank is cured，the final chemical milling engraving template is obtained by process-ing the chemical milling viewport with a five-axis machine tool In the production process，the tem-pered glass milling template has the characteristics of high strength，small rebound and short process-ing cycle，etc The digitally manufactured fiber-reinforced plastic engraving template has an accurateprofile and a good fit with the skin，and the engraving accuracy is improved The dimensional accura-cy of chemical milling of the skin processed by the glass tempered milling template is improved by0.5 1mm，and the glass tempered milling template can effectively improve the dimensional process-ing accuracy and quality of chemical milling skinKey words:skin;milling template;fiberglass数字化制造技术是在航空零部件制造过程中代替模拟量传递精确数据最有效的方法之一。近几年，随着航空钣金零件数字化制造技术的发展，将五坐标机床数控编程应用到平板类蒙皮化铣零件技术方法已形成常态化1 3。化学铣切加工(简称化铣)是依靠化学溶液对工件表面溶解的一种加工技术，即利用化学腐蚀和电化学腐蚀原理加工工件的一种工艺方法。通过对化学溶液有效的控制，从工件上预先确定的部位、范围与深度上除去基体材料，获得所需的加工尺寸和尺寸精度4 6。但对于大型双曲度飞机蒙皮类零件，目前依旧使用传统金属材料化铣样板进行加工，零件制造单位向工装制造单位申请蒙皮成形工装，以设计数模为依据，将零件外形轮廓投影到工装表面作为零件边缘线。工人通过工装上的零件外形轮廓线手工划线，并使用切割锯切割成形后的化铣样板，手工加工出化铣刻形的视口。此种加工方法虽然能够满足目前生产的需要，但其加工方法落后，化铣样板易变形，化铣数据的传递需要大量的工作，降低了生产效率并增加累计误差，化铣后零件精度不稳定7 10。本文结合钣金数字化生产需求，研究采用一种全新的玻璃钢材料化铣样板加工模式，代替传统的金属样板制造工艺，利用成熟的五坐标机床加工模式来提高加工精度。新的玻璃钢化铣样板使用五坐标机床加工的工装作为制造依据，采用玻璃丝布和环氧树脂胶逐层进行铺设和固化的方式，形成厚度在 2 4 mm 玻璃钢样板毛坯，最终以五坐标机床加工样板外形及化铣刻形视口的方式，实现数字化化铣样板的制备，并在实际生产中进行使用。1研究目标通过对玻璃钢材质化铣样板的制造工艺分析和样板的实际使用需求分析，建立一套适应新形势的工装技术，并与数字化建模相结合，提高大型双曲度蒙皮零件化铣精度及零件的加工质量。选取典型零件，设计并制造一套玻璃钢化铣样板。通过使用全新的玻璃钢样板取代原零件使用的金属化铣样板，提高样板的制造精度，减小与零件的贴合间隙，最终达到提高化铣精度的目的。2实施方案2.1典型零件选取本方案选取典型前缘蒙皮，目前零件使用的化铣样板为金属材质，样板回弹大、型面易变形。零件化铣区域多，化铣后要求精度高。制造此项零件的化铣样板周期较长，手工加工视口困难，具体图形见图 1。图 1典型化铣蒙皮零件该蒙皮零件材料厚度 3.5 mm，长度接近3 500 mm，基本结构是双曲度形面，化铣区域多，制造金属样板化铣困难，具有代表性，可作为典型零件开展项目研究。可尝试使用全新结构的玻璃钢材料化铣样板加工制造，并使用五坐标机床进行样板最终外形的加工和化铣销钉定位孔的制造。2.2玻璃钢化铣样板的制造工艺方案及流程玻璃钢化铣样板主要制造流程为预先制造样板固化及铣切所需要的成形模胎基体，通过逐层铺玻璃丝布和刷环氧树脂液体胶的方式，形成零件的最终理论外形。等待液体环氧树脂胶固化后，运送至五坐标机床，进行外形及刻形视口的加工并安装化铣定位孔衬套，最终达到样板设计的要求，工艺流程如图 2 所示。图 2玻璃钢化铣样板制造流程玻璃钢样板制造过程中，首先制造样板模胎，采用胶合板框架结构，型面采用在厚度为 20 30 mm的木条上涂覆环氧树脂的结构。当模胎长度大于 2 000 mm 时，在间隔约 400 mm 或(n 400)mm 处应增加 1 道或 n 道横隔板。横隔板的56第1 期汪海峰等:大型蒙皮玻璃钢化铣样板制造技术研究放置位置要根据模胎型面的复杂程度来定。在厚度为 20 30 mm 的木条围制的型面上涂覆环氧树脂，为保证型面环氧树脂在数控加工后厚度均匀，需要按图样及纸样板的要求，用厚度为 10 mm 胶合板制的木条，围制位置样板和加10 mm加工余量后的环氧树脂位置样板。为保证模胎的牢固、减小形变，待型面环氧树脂层完全固化后在木条背面应糊 2 层玻璃钢布，并涂覆不小于 5 mm 厚度的环氧树脂增加强度，如图 3 所示。图 3玻璃钢固化后结构在化铣样板模胎上手工糊制厚度 4 5 mm 玻璃钢化铣样板，保证厚度均匀。由于玻璃钢化铣样板的数控加工在不起模的状态下完成，糊制时玻璃丝布应铺覆平整，布与布之间应对接，接缝与接缝之间应互相错开，不应同时铺 2 层以上布，避免在棱角处接缝。铺制时应采用毛刷、压辊等工具将布层压紧，确保浸胶良好，含胶量均匀，防止气泡、分层等缺陷的产生。待加工完成后，移交五坐标机床进行最终的外形加工，如图 4 所示。图 4玻璃钢化铣样板结构3技术方案验证该零件采用的蒙皮加工流程是蒙皮零件拉伸成形后采用玻璃钢化铣样板进行定位并刻形。具体流程如图 5 所示。图 5化铣蒙皮制造流程化铣刻形前蒙皮零件预先制出定位孔，定位孔位置与玻璃钢化铣样板保持一致，数量一般采用 3 4 个定位孔，可根据蒙皮形面的复杂程度确定。采用玻璃钢化铣样板刻形时，利用定位销将刷胶后的蒙皮零件与玻璃钢化铣样板进行定位，然后使用手术刀在玻璃钢化铣样板视口处进行刻形，刻形后，撕掉胶膜进入槽液内化铣侵蚀，得到最终零件状态，如图 6 所示。图 6蒙皮化铣刻形前状态4结束语将金属样板更改为玻璃钢化铣样板后，新玻璃钢化铣样板使用的玻璃丝布光滑柔软不扎手，解决了金属化铣样板刮手问题，保证操作者手工操作无刮伤的现象发生。由于玻璃钢化铣样板上的定位孔采用五坐标机床加工，精度高，解决了原金属样板采用手工钻制的定位孔孔位不准确，造成化铣精度低的问题。新材料的玻璃钢样板由于强度高、不变形，在大型蒙皮化铣刻形前可以保证形面的准确性，提高了化铣刻形精度。通过使用玻璃钢化铣样板加工零件，缩短了样板的制造周期，对于不同形面的大型化铣蒙皮零件，都可以通过玻璃钢制造出相应的化铣刻形样板，刻形精度和化铣精度都大幅度提高，验证了玻璃钢材料作为化铣样板并取代金属样板的可行性，为化铣蒙皮零件提供了一种全新的加工方式。参考文献(eferences)1 陈亮 基于数字化模式下化铣样板的设计与研究J 装备制造技术，2013(5):101 1032 方静 基于 MBD 技术的化学铣切样板设计与制造J 装备制造技术，2012(3):100 1023 甘忠，王亮，谭海兵，等 大型立体化铣样板设计与制造方法探索 J 航空制造技术，2013(17):78 80，884 杨磊，於智良，张大钧 立体化铣样板数字化设计与制造J中国高新技术企业，2014(1):8 95 巢昺轩，蒋克全，王宝龙 纯铝合金化学铣切工艺研究J 热处理技术与装备，2020，41(4):3