CN114953529A - 飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，属于航空飞机铝合金化学铣切技术领域。所述的刻形工装包括基准孔、吊棒、刻形胎体、钻套、定位插销和旋转销棒。非金属立体化铣样板与金属材料相比制造工艺简单，刻形视口精度达到0.1mm、与零件贴合度不大于0.5mm，能够有效解决金属样板回弹大及与零件贴合间隙大的问题，将原来使用金属样板化铣后的零件制造精度提高了1mm。同时采用本发明方法得到的非金属立体化铣样板可以与零件制造工装同时进行制造，减少零件加工后需要等待制造样板的时间，提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明属于航空飞机铝合金化学铣切技术领域，涉及一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法。
背景技术
飞机蒙皮零件多采用铝合金薄板进行制造，厚度不高于6mm，考虑到飞机减重及成形的需求，蒙皮零件内表面多采用化铣铣切(下文简称化铣)的加工方式进行减薄。大多数蒙皮零件化铣前都需要将零件的整体型面加工完成后使用化铣样板刻形后再进行化铣以提高零件的制造精度，化铣是一种通过化学溶液来侵蚀零件的方式来得到厚度不同的区域，化铣时将需要侵蚀的位置裸露，不需要侵蚀的位置使用保护胶进行保护，通过控制零件在化学溶液中侵蚀的时间来得到不同的化铣深度。目前航空制造企业化铣零件时使用金属成型后的样板作为蒙皮零件的化铣样板，金属样板厚度通常为0.8-1.5mm之间。金属化铣样板制造前需要预先制造一个化铣实样，化铣实样与零件的厚度、型面及外形尺寸完全一致，并且使用2-3个定位孔与成形工装进行定位。制造完化铣实样后再使用相同的成形工装再制造一个0.8-1.5mm厚的化铣样板，将制造后的化铣样板与化铣实样贴合在一起(贴合面根据零件的化铣面决定)，按化铣实样钻制定位孔，保证两者定位孔位置协调一致。根据Catia三维数模上零件的化铣位置，制出化铣样板上的刻形视口位置(刻形视口为零件化铣前刷防护胶后使用手术刀刻线然后撕掉防护胶的位置)，加工完所有视口位置后化铣样板加工完成。蒙皮零件化铣时，先将蒙皮零件整体涂防护胶，待防护胶干燥后使用预先制造的金属化铣样板与待化铣的蒙皮零件贴合，使用销钉插入两者的定位孔后，再根据金属化铣样板上的视口，利用手术刀将需要化铣的位置全部刻形，完成后撕掉刻形区域的胶膜，进入槽液进行侵蚀。
由于制造立体金属化铣样板时需要工人手工加工化铣实样和化铣样板的外形及视口，手工加工精度仅为1-2mm，并且0.8-1.5mm厚度的薄板金属在成形后存在回弹，回弹量在5-10mm之间，刚性不足在施加外力后可随意变形，导致制造的化铣样板精度仅能控制在2-3mm之间。同时制造化铣实样及化铣样板需要等待零件的成形工装制造完成后才可以开工，等待周期1-2个月、生产效率较低。
发明内容
本发明提供了一种用于制造飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的刻形工装及方法，该方法通过制造一个刻形工装，刻形工装表面型面即为化铣蒙皮立体非金属化铣样板的理论型面，再使用玻璃丝布和环氧树胶混合叠层固化的方式得到一个非金属化铣样板，最后通过数控加工的方式将样板的视口和外形全部加工完成。
本发明的技术方案是：
一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，所述的制造方法基于刻形工装实现，其中刻形工装包括基准孔1、吊棒2、刻形胎体3、钻套4、定位插销5和旋转销棒6。所述的刻形胎体3根据待加工蒙皮零件的Catia三维数模设计而成，表面为非金属样板的实际加工型面及化铣刻形视口型面；在设计刻形胎体3时由于非金属样板需要贴合在刻形胎体3表面，所以刻形胎体3使用的数模在设计过程中应减去零件的料厚。刻形胎体3材料建议使用树脂材料或环氧胶砂材料，便于工装重量减轻。刻形胎体3两侧各安装吊棒2，吊棒2长度在300-400mm之间，承受力强度不低于3倍的刻形胎体3重量。刻形胎体3上表面最高点位置左右两侧各设置一个基准孔1，孔径大小建议在8mm或10mm并安装衬套用于保持强度，此基准孔1用于五轴机床加工刻形胎体3型面前的坐标系拉直；刻形胎体3表面根据零件三维数模设置定位孔，定位孔内安装钻套4，钻套4应采用经过淬火的钢制材料，保证使用强度；钻套4上安装定位插销5，用于非金属样板的定位，定位插销5采用圆柱形结构，直径应比钻套4减小0.05-0.1mm，便于配合；定位插销5上端垂直方向打一个通孔安装旋转销棒6，便于工人在加工非金属化铣样板时方便插入和拔出定位插销5。
所述的飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法包括以下步骤：
步骤1，根据待加工蒙皮零件的Catia三维数模设计一套刻形工装，刻形工装的表面为非金属样板的实际加工型面，型面上设计出化铣刻形视口及零件的外形轮廓。
步骤2，加工刻形工装中的刻形胎体3，利用厚度80-100mm的泡沫板做成长方形盒体，盒体的尺寸比刻形胎体3周圈大10-20mm；将液态的树脂灌入盒体中直至高过刻形胎体3理论高度50-100mm，将泡沫板上盖盖好，等待树脂固化，在室温下等待树脂固化，时间不低于48小时。
步骤3，将固化后的刻形胎体3胚体周圈包装的泡沫板去除，将刻形胎体3胚体移至五轴机床的加工平台上，将刻形胎体3表面加工成平面，加工平面精度不大于0.1mm，作为型面的基准底平面。
步骤4，将经步骤3加工后的刻形胎体3旋转180°将加工好的平面向下放置并固定在五轴机床的加工平台上，使用压板或其他固定装置将刻形胎体3固定在加工平台上，防止加工过程中发生移动；利用五轴机床数铣程序将刻形胎体3胚体按照三维Catia数模型面加工完成，基准孔1加工型面精度控制在正负0.1mm之内，加工后的刻形胎体3放置在平台上8-10小时，将加工过程中的应力释放，避免取下压板后刻形胎体3变形。
步骤5，数控加工后，用环氧树脂或原子灰腻子对刻形胎体3型面缺陷进行修复，并修整型面至光滑流线；再将钻套4安装在加工的刻形胎体3上的定位孔中，检查安装后的同轴度，要求精度不大于0.1°，并使用定位插销5插入钻套4中，保证两者之间间隙不大于0.1mm。
步骤6，在经上述步骤加工后的刻形胎体3上手工糊制非金属立体化铣样板(以下简称非金属样板)，非金属样板厚度为4-6mm，由玻璃丝布和环氧树胶构成；糊制非金属样板时边缘线外留不小于30mm的余量；整个糊制过程采用多次成型，每次糊制2～3层后，要待固化高峰过后，即树脂胶液较粘稠时(在20℃时一般60min左右)，方可进行下一层的糊制；糊制时玻璃丝布铺覆平整，布与布之间对接，接缝与接缝之间互相错开，不同时铺两层以上布，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；糊制时，依据刻形胎体3上钻套4放置定位插销5，用玻璃丝布和环氧树脂逐层将盖板衬套粘牢，使胶液能够均匀粘到衬套侧壁；数控加工非金属样板边缘时，应选择T型刀直径D＝10mm，铣刀要深入模胎型面0.5～1mm，保证非金属样板加工彻底，无毛边剩余，仅在进行工作边加工时应预留0.2mm的精加工余量；用环氧树脂修补木螺钉孔及型面气泡等缺陷；待完全固化后用80#砂纸和200#砂纸修整型面至光滑流线。
步骤7，用80#砂纸和200#砂纸修整垂直工作面，修整后垂直工作面应无玻璃丝突出且流线平滑。
步骤8，非金属样板脱模，完全固化后，保养3天～5天后可脱模,脱模前先将超过非金属样板边缘的毛边、纱头剪断或凿去，便于顺利脱模；脱模时，根据模具形状结构，用多个脱模楔均匀用力，完成非金属样板的脱模。
进一步的，所述的刻形胎体3使用环氧树脂材料或环氧胶砂材料，便于工装重量减轻。
本发明的有益效果：非金属立体化铣样板与金属材料相比制造工艺简单，刻形视口精度达到0.1mm、与零件贴合度不大于0.5mm，能够有效解决金属样板回弹大及与零件贴合间隙大的问题，将原来使用金属样板化铣后的零件制造精度提高了1mm。同时非金属立体化铣样板可以与零件制造工装同时进行制造，减少了零件加工后需要等待制造样板的时间，提高了加工效率。
附图说明
图1为刻形工装俯视图。
图2为定位插销示意图。
图3为非金属立体化铣样板侧视图。
图中：1基准孔；2吊棒；3刻形胎体；4钻套；5定位插销；6旋转销棒。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，所述的制造方法基于刻形工装实现，其中刻形工装包括包括基准孔1、吊棒2、刻形胎体3、钻套4、定位插销5和旋转销棒6。
如图1所示，所述的刻形胎体3根据待加工蒙皮零件的Catia三维数模设计而成，表面为非金属样板的实际加工型面；刻形胎体3两侧各安装2个吊棒2，刻形胎体3上表面最高点位置左右两侧各设置一个基准孔1，用于五轴机床加工刻形胎体3型面前的坐标系拉直。刻形胎体3表面根据零件三维数模设置定位孔，定位孔内安装钻套4(如图2所示)，钻套4应采用经过淬火的钢制材料，保证使用强度；钻套4上安装定位插销5，用于非金属样板的定位，定位插销5采用圆柱形结构，直径应比钻套4减小0.08mm，便于配合；定位插销5上端垂直方向打一个通孔安装旋转销棒6，便于插入和拔出定位插销5。所述的刻形胎体3建议使用树脂材料或环氧胶砂材料，便于工装重量减轻；在设计刻形胎体3时由于非金属立体化铣样板需要贴合在刻形胎体3表面，所以刻形胎体3使用的数模在设计过程中应减去零件的料厚。所述的吊棒2长度在350mm之间，承受力强度不低于3倍的刻形胎体3重量。所述的基准孔1孔径大小为8mm，并安装衬套用于保持强度。
所述的制造方法包括以下步骤：
步骤1，根据待加工的零件Catia三维数模设计一套刻形工装，刻形工装的表面为非金属样板的实际加工型面，型面上设计出化铣刻形视口及零件的外形轮廓。
步骤2，加工刻形工装中的刻形胎体3，利用厚度80-100mm的泡沫板做成长方形盒体，盒体的尺寸比刻形胎体3周圈大15mm即可。将液态的树脂灌入盒体中直至高过刻形胎体3理论高度80mm，将泡沫板上盖盖好，等待树脂固化，在室温23℃情况下时间不低于48小时。
步骤3，将固化后的刻形胎体3周圈包装的泡沫板去除，将刻形胎体3移至五轴机床的加工平台上，利用编程将刻形胎体3表面加工成平面，加工平面精度不大于0.1mm，作为型面的基准底平面。
步骤4，将上述第二步加工后的刻形胎体3旋转180°，将加工好的平面向下放置在五轴机床的加工平台上，使用压板或其他固定装置将刻形胎体3固定在加工平台上，防止下一步精加工过程中移动。利用五轴机床数铣程序将刻形胎体3胚体按照三维Catia数模型面加工完成，基准孔1加工型面精度控制在正负0.1mm之内，加工后的刻形胎体3放置在平台上10小时，将加工过程中的应力释放，避免取下压板后刻形胎体3变形。
步骤5，数控加工后，用环氧树胶或原子灰腻子对型面缺陷进行修复，并用600#水磨砂纸修整型面至光滑流线。再将钻套4安装在加工完成的刻形胎体3上，检查安装后的同轴度，要求精度不大于0.1°，并使用定位插销5插入钻套4中，保证两者之间间隙不大于0.1mm。
步骤6，在上述制造完成的刻形胎体3上手工糊制非金属立体化铣样板(以下简称非金属样板)非金属样板主要由玻璃丝布和树胶液构成。首先非金属样板手工糊制厚度5mm，要求非金属样板固化后用规格为4×30的木螺钉进行固定。糊制非金属样板时边缘线外应留不小于30mm的余量，整个糊制过程实行多次成型，每次糊制2层后，要待固化高峰过后(即树脂胶液较粘稠时，在20℃时，60min后)，方可进行下一层的糊制。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，不应同时铺两层以上布，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。糊制时，沿玻璃丝布的经向和纬向，应单方向或从中间向四周用力赶气泡，使布层贴紧，含胶量均匀。糊制时，依据刻形胎体3上钻套4放置定位插销5，用玻璃丝布和环氧树胶逐层将盖板衬套粘牢，使胶液能够均匀粘到衬套侧壁。数控加工非金属样板边缘时，应选择T型刀直径D＝10mm，铣刀要深入模胎型面1mm，保证非金属样板加工彻底，无毛边剩余。在进行工作边加工时应预留0.2mm的精加工余量。精加工时转速要达到2000r/min以上，尺寸公差为±0.1mm。用环氧树胶修补木螺钉孔及型面气泡等缺陷。待完全固化后用80#砂纸和200#砂纸修整型面至光滑流线。用80#砂纸和200#砂纸修整垂直工作面，修整后垂直工作面应无玻璃丝突出且流线平滑(如图3所示)。
步骤7，非金属样板脱模。完全固化后，保养5天后可脱模,脱模前先将超过非金属样板边缘的毛边、纱头剪断或凿去，便于顺利脱模。脱模时，应根据模具形状结构，用多个脱模楔均匀用力，完成非金属样板的脱模。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，所述的制造方法基于刻形工装实现，其中刻形工装包括基准孔(1)、吊棒(2)、刻形胎体(3)、钻套(4)、定位插销(5)和旋转销棒(6)；所述的刻形胎体(3)根据待加工蒙皮零件的Catia三维数模设计而成，表面为非金属样板的实际加工型面及化铣刻形视口型面；在设计刻形胎体(3)时由于非金属样板需要贴合在刻形胎体(3)表面，所以刻形胎体(3)使用的数模在设计过程中应减去零件的料厚；刻形胎体(3)两侧各安装吊棒(2)；刻形胎体(3)上表面最高点位置左右两侧各设置一个基准孔(1)，此基准孔(1)用于五轴机床加工刻形胎体(3)型面前的坐标系拉直；刻形胎体(3)表面根据零件三维数模设置定位孔，定位孔内安装钻套(4)，钻套(4)上安装定位插销(5)，用于非金属样板的定位；定位插销(5)上端垂直方向打一个通孔安装旋转销棒(6)；
所述的飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法包括以下步骤：
步骤1，根据待加工蒙皮零件的Catia三维数模设计一套刻形工装，刻形工装的表面为非金属样板的实际加工型面，型面上设计出化铣刻形视口及零件的外形轮廓；
步骤2，加工刻形工装中的刻形胎体(3)，利用厚度80-100mm的泡沫板做成长方形盒体，盒体的尺寸比刻形胎体(3)周圈大10-20mm；将液态的树脂灌入盒体中直至高过刻形胎体(3)理论高度50-100mm，将泡沫板上盖盖好，等待树脂固化，在室温下等待树脂固化；
步骤3，将固化后的刻形胎体(3)胚体周圈包装的泡沫板去除，将刻形胎体(3)胚体移至五轴机床的加工平台上，将刻形胎体(3)表面加工成平面，加工平面精度不大于0.1mm，作为型面的基准底平面；
步骤4，将经步骤3加工后的刻形胎体(3)旋转180°，将加工好的平面向下放置并固定在五轴机床的加工平台上，使用压板或其他固定装置将刻形胎体(3)固定在加工平台上，防止加工过程中发生移动；利用五轴机床数铣程序将刻形胎体(3)胚体按照三维Catia数模型面加工完成，基准孔(1)加工型面精度控制在正负0.1mm之内，加工后的刻形胎体(3)放置在平台上8-10小时，将加工过程中的应力释放，避免取下压板后刻形胎体(3)变形；
步骤5，数控加工后，用环氧树脂或原子灰腻子对刻形胎体(3)型面缺陷进行修复，并修整型面至光滑流线；再将钻套(4)安装在加工的刻形胎体(3)上的定位孔中，检查安装后的同轴度，要求精度不大于0.1°，并使用定位插销(5)插入钻套(4)中，保证两者之间间隙不大于0.1mm；
步骤6，在经上述步骤加工后的刻形胎体(3)上手工糊制非金属立体化铣样板，以下简称非金属样板，非金属样板厚度为4-6mm，由玻璃丝布和环氧树胶构成；糊制非金属样板时边缘线外留不小于30mm的余量；糊制时，依据刻形胎体(3)上钻套(4)放置定位插销(5)，用玻璃丝布和环氧树脂逐层将盖板衬套粘牢，使胶液能够均匀粘到衬套侧壁；数控加工非金属样板边缘时，应选择T型刀直径D＝10mm，铣刀要深入模胎型面0.5～1mm，保证非金属样板加工彻底，无毛边剩余，仅在进行工作边加工时应预留0.2mm的精加工余量；用环氧树脂修补缺陷；待完全固化后修整型面至光滑流线；
步骤7，修整垂直工作面，修整后垂直工作面应无玻璃丝突出且流线平滑；
步骤8，非金属样板脱模，完全固化后，保养3天～5天后进行脱模。
2.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，所述的吊棒(2)长度在300-400mm之间，用于承受力强度不低于3倍的刻形胎体(3)重量。
3.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，所述的基准孔(1)的孔径为8mm或10mm，并安装衬套用于保持强度。
4.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，钻套(4)应采用经过淬火的钢制材料。
5.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，定位插销(5)采用圆柱形结构，直径应比钻套(4)减小0.05-0.1mm。
6.根据权利要求1所述的一种飞机蒙皮零件非金属立体化铣样板的制造方法，其特征在于，所述步骤6整个糊制非金属立体化铣样板的过程要采用多次成型，每次糊制2～3层后，需要待固化高峰过后，进行下一层的糊制；糊制时玻璃丝布铺覆平整，布与布之间对接，接缝与接缝之间互相错开，不同时铺两层以上布，避免在棱角处接缝；铺制时将布层压紧，确保浸胶良好，含胶量均匀。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117139702A (zh) * | 2023-10-31 | 2023-12-01 | 中航成飞民用飞机有限责任公司 | 磁吸式大型蒙皮立体化铣刻型装置及制作和使用方法 |
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| CN109203514A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-15 | 沈阳飞机工业（集团）有限公司 | 一种新型铝合金蒙皮零件成形工装的制备方法 |
| CN210916260U (zh) * | 2019-11-14 | 2020-07-03 | 昌河飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种用于切割立体化铣样板的辅助工装 |
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-
2022
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| CN117139702B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-23 | 中航成飞民用飞机有限责任公司 | 磁吸式大型蒙皮立体化铣刻型装置及制作和使用方法 |
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