DE3002468A1 - Shaping thin-wall honeycomb structure for aerofoil - uses profile milling or abrasive cutter working at specified high cutting speed - Google Patents
Shaping thin-wall honeycomb structure for aerofoil - uses profile milling or abrasive cutter working at specified high cutting speedInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Vorrichtun, zur Oberflächenbearbeitung Method and device for surface treatment
von Leichtbauwaben Im Flugzeugbau ist es Ublioh, anderweitig nicht benötigte Hohlraume von Bauteilen wie Hohlräume von Rudern, Spoilern, z. B. of lightweight honeycombs It's Ublioh in aircraft construction, not elsewhere required cavities of components such as cavities of oars, spoilers, z. B.
Landeklappen und Vorflügen und die nicht für die Unterbringung von Treibstofftanks benötigten Teile von Hohlräumen der Tragflächen mit Waben aus dünnem Alu-Bloch, Kunststoff oder kunststoffgetränktem Papier, z. B. phenol@arzgetränktem Polya@idpapier auszufüllen, da diese Waben bei geringstem Gewicht eine sehr hohe Festig keit, insbesondere Steifheit in dor Richtung senkrecht zu don Sechseckzellen der Waben besitzen und daher diese Festigkeit bzw. Steifheit den mit ihnen ausgefühllten Bauteilen vorleihen. Da diese Waben zur optimalen Erfüllung ihrer Aufgabe beidseitig mit den Wänden des von ihnen ausgefüllten Bauteiles vorklobt sein müssen und diese Bauteile häufig aus @erodynamischen und konstr@ktiven Gründen mehr oder weniger komplizierte Formen haben, müssen die Waben vor den Einbringen und Einkleben in die Bauteile sohr genau diesen Formen angepaßt werden, was eine entsprechende Bearbeitung ihrer Oberfläche erfordert.Flaps and pre-flights and those not for the accommodation of Fuel tanks required parts of the wing cavities with thin honeycombs Alu-Bloch, plastic or plastic-impregnated paper, e.g. B. phenol @ arzgetränktem Polya @ id paper to be filled in, as these honeycombs have a very high weight with the lowest possible weight Strength, especially stiffness in the direction perpendicular to the hexagonal cells of the honeycombs and therefore have this strength or stiffness with them Borrow components. Because these honeycombs are used on both sides to optimally fulfill their task must be preklobt with the walls of the component filled out by them and these Components often more or less for @erodynamic and structural reasons The honeycombs must have complicated shapes before they are introduced and glued in the components are sohr precisely adapted to these shapes, which requires a corresponding processing their surface requires.
Diese Konturgebung stellt ein bis heute nicht befriedigend gelöstes Problem esaston Flugzeugbau dar Die aus ziemlich kleinen Zellen mit S@ch@eckdurchmessern (Wabenweiten) von etw 3 bis 1,0 mm und Wandstärken von 20 bis 200 µ, üblicher weise etwa 20 bis 150 µ zusammengesetzten Waben oind nämlich außer in der Richtung senkrecht zu den Sechseckflächen so weich und nachgiebig, daß die sonst üblichen Methoden der Oberflächenbearbeitung wie Fräsen oder Schleifen hier versagen, weil sie die Zellenvande eindrücken und ausbiegen und weil sie zur Gratbildung an den neu geschaffenen Rändern der Zellwände führen, was wieder das nachfolgende Einkleben an den Innenseiten der Bauteilwãnde beeinträchtigt oder wesntlich erschwert.This contouring is something that has not yet been solved satisfactorily The problem of esaston aircraft construction is that of fairly small cells with S @ ch @ corner diameters (Honeycomb widths) of about 3 to 1.0 mm and wall thicknesses of 20 to 200 µ, the usual way about 20 to 150 µ composite honeycombs oind namely except in the direction perpendicular to the hexagonal surfaces so soft and flexible that the usual Surface processing methods such as milling or grinding fail here because they press in and bend the cell walls and because they lead to the formation of burrs on the newly created edges of the cell walls lead to what is again the subsequent gluing impaired or significantly more difficult on the inside of the component walls.
Die Konturgebung der Oberfläche solcher Waben erfolgt daher bis heute nur durch Sagen mit dünnen Sägeblättern, d. h. Kreissägescheiben von weniger als 1 mm Dicke, z.B. Dicken von 0.5 mm, entweder von Hand oder mit einem computergesteuerten in drei Dimensionen verstellbaren ebenso dünnen Kreissägeblatt. Beide Verfahren sind äußerst aufwendig, das eine wegen hoher Arbeits- und das andere wegen noch höherer Investitionskosten.The contouring of the surface of such honeycombs has therefore been carried out to this day only by sawing with thin saw blades, d. H. Circular saw blades of less than 1 mm thickness, e.g. thicknesses of 0.5 mm, either by hand or with a computer-controlled Also thin circular saw blade adjustable in three dimensions. Both procedures are extremely expensive, one because of high work and the other because of still higher investment costs.
So erfordert schon die Herstellung einer einfachen geraden Rinne gemäß den Figuren 1 und 2 drei zeitlich aufeinanderfolgende Sãgeschnitte in drei verschiedenen Richtungen. Dabei ist Figur 1 die isometrische Darstellung eines Teilschnittes und Figur 2 ein Schnitt längs der Linie A - A der Figur 1. 1 sind die Zellwand und 2 die verschiedenen Stellungen der Kreissäge.So even the production of a simple straight channel requires according to Figures 1 and 2 three temporally successive saw cuts in three different Directions. Here, Figure 1 is the isometric view of a partial section and FIG. 2 shows a section along the line AA in FIG. 1. 1 are the cell wall and FIG the different positions of the circular saw.
Noch viel aufwendiger ist die Herstellung des in Figur 3 dargestellten Wabenkörpers. Diese Figur ist ein Schnitt durch einen Spoiler, dessen Randteile 3 z.B. voll ausgegossen sind und dessen Hohlraum 4 durch die Wabe 1 ausgefüllt ist.The manufacture of the one shown in FIG. 3 is even more complex Honeycomb body. This figure is a section through a spoiler, its edge parts 3 e.g. are fully poured and the cavity 4 of which is filled by the honeycomb 1.
Dieser Wabenkörper muß, wenn er nicht von Hand aus dem Vollen gesägt wird, in vielen aufeinanderfolgenden computergesteuerten Sägeschnitten millimeterweise oder in noch kleineren Teilschritten hergestellt werden.This honeycomb body must, if it is not sawn from the solid by hand is millimeter by millimeter in many successive computer-controlled saw cuts or can be produced in even smaller steps.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtungen, die es ermöglichen, auch den dünnstwandigen und fragilsten Wabenkörpern in wenigen oder vorzugsweise auch in nur einem einzigen Verfahrensschritt auf mechanischem Wege jede gewunschte Oberflächenkontur zu verleihen und dabei absolut saubere grat freie Oberflächen von bisher unübertroffener Qualität zu schaffen. Die Erfindung macht sich die überraschende Erkenntnis zu Nutze, daß die Oberfläche solcher dünnwandiger Wabenkörper aus relativ weichem Material entgegen der allgemein herrschenden Meinung der Fachwelt unter gewissen Voraussetzungen doch durch Fräsen oder Schleifen ohne Gratbildung und/oder Verbiegung bearbeitet werden kann. Die wichtigste und in manchen Fällen schon für sich allein ausreichende Voraussetzung dazu ist die Einhaltung einer wesentlich hoheren Schnittgeschwindigkeit als sie bisher für das Fräsen oder Schleifen der die Wabenkörper aufbauenden Materialien für zulässig gehalten wurde, aniiich etwa 30 bis 100 m/ sec, vorzugsweise 40 bis 80, z.B. 50 bis 60 m/ sec im Gegensatz zu den sonst für diese Materialien üblichen Schnittgesehwindigkeiten von 8 bis 20 m/ sec Für weniger robuste Wabenkörper, vor allem solche aus besonders weichem Material, ist es außerdem notwendig, ein Fräswerkzeug mit Folgeschnitt anzuwenden, d.h. ein solches mit nebeneinander angeordneten Fraszahnreihen, die gegeneinander versetzt sind, wie in den Figuren 4 und 5 schematisch dargestellt. Figur 5 ist die Ansicht des Schnittes V - V der Figur 4 von links gesehen. Mit diesem Werkzeug kann dem zu bearbeitenden Wabenkörper in einem einzigen Arbeitsgang jede beliebige Oberflächenkontur, im dargestellten Beispiel die Kontur der Kurve 7, verliehen werden.The present invention relates to a method and to its implementation suitable devices that allow even the thinnest and most fragile Honeycomb bodies in a few or preferably in just a single process step to give every desired surface contour by mechanical means and absolutely to create clean, burr-free surfaces of hitherto unsurpassed quality. The invention makes use of the surprising finding that the surface such thin-walled honeycomb body made of relatively soft material contrary to the general According to the prevailing opinion of the professional world, under certain conditions by milling or grinding can be processed without burrs and / or bending. the most important and in some cases sufficient in itself this is the maintenance of a significantly higher cutting speed than them previously for the milling or grinding of the materials making up the honeycomb body was considered permissible, at about 30 to 100 m / sec, preferably 40 to 80, e.g. 50 to 60 m / sec, in contrast to the usual for these materials Cutting speeds from 8 to 20 m / sec For less robust honeycombs, before Especially those made of particularly soft material, it is also necessary to have a milling tool with follow-up cut to apply, i.e. one with one another arranged rows of milling teeth, which are offset from one another, as in the figures 4 and 5 shown schematically. FIG. 5 is a view of section V - V of FIG Figure 4 seen from the left. With this tool, the honeycomb body to be machined any surface contour in a single operation, as shown Example the contour of curve 7, can be given.
Die Herstellung eines solchen Werkzeuges kann gemäß der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung in der Weise erfolgen, daß eine Anzahl von Scheiben 5 aus geeignetem Werkzeugstahl, z.B. HSS-Stahl, nebeneinander auf einer Achse 6 befestigt und ihre Gesamtheit zu einem Rotationskörper abgeschliffen wird, dessen Axialschnitt die dem Wabenkörper zu verleihende Kontur 7 hat. Die auf die verschiedenen durch diese Bedingung festgelegten Radien R1, R2 ....... Rn abgeschliffenen Scheiben 5 werden, nachdem in den Umfang jeder einzelnen von ihnen die Fräszahn 8 eingeschliffen worden sind, wieder in der ursprünglichen Reihenfolge auf einer Achse 6 so befestigt, daß unter Wiederherstellung der Kontur 7 die Zahne 8 jeder Scheibe 5 gegenüber denen der Nachbarscheiben versetzt sind, wie in Figur 5 dargestellt.The production of such a tool can be carried out according to the in the figures 3 and 4 shown embodiment of the invention in such a way that a Number of discs 5 made of suitable tool steel, e.g. HSS steel, next to one another mounted on a shaft 6 and ground down their entirety to form a body of revolution whose axial section has the contour 7 to be given to the honeycomb body. The on the various radii R1, R2 ....... Rn determined by this condition are ground off Slices 5 are after in the scope of each one of them the milling tooth 8 have been ground in, again in the original order on one Axis 6 attached so that, while restoring the contour 7, the teeth 8 each Disc 5 are offset with respect to those of the neighboring discs, as shown in FIG.
Schließlich ist es in jedem Falle zweckmäßig und für die Bearbeitung empfindlicherer Wabenkörper darüber hinaus auch notwendig, die Dicke d der einzelnen Frasscheiben 5 klein, u. zw. nicht größer als etwa 2 mm und vorzugsweise höchstens 1 mm oder darunter zu halten.After all, it is useful in any case and for processing more sensitive honeycomb bodies also need the thickness d of the individual Milling disks 5 are small and not larger than approximately 2 mm and preferably at most 1 mm or less.
Die Achse 6 kann wahlweise waagerecht oder senkrecht angeordnet sein.The axis 6 can be arranged either horizontally or vertically.
In analoger Weise kann das in den Figuren 6 und 7 dargestellte Werkzeug hergestellt werden, wobei Figur 6 ein zum Beispiel senkrechter Schnitt und Figur 7 die Ansicht von unten ist. 6 ist wieder die in diesem Fall zum Beispiel senkrechte Rotationsachse, die Zylinderkörper 9 entsprechen den ebenen Frässcheiben der Figuren 5 und 6, während die Kontur 7 und die Fräszähne ^ wie in den Figuren 4 und 5 in analoger Weise hergestellt werden.The tool shown in FIGS. 6 and 7 can be used in an analogous manner are produced, where Figure 6 is an example of a vertical section and figure 7 is the bottom view. 6 is again the vertical one in this case, for example Axis of rotation, the cylinder bodies 9 correspond to the flat milling disks of the figures 5 and 6, while the contour 7 and the milling teeth ^ as in Figures 4 and 5 in can be produced in an analogous manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann an Stelle eines Werkzeuges mit in den Werkzeugstahl eingeschnittenen Fräszähne auch ein solches verwendet werden, bei dem die eingeschnittenen Fräszähne durch auf einem Grundkörper aufgebrachte äußerst harte Schleifkörner wie Carborundum- oder vorzugsweise Diamantstaub oder -splitter ersetzt sind. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft für Oberflächenbearbeitungen, bei denen das Bearbeitungswerkzeug um eine Achse senkrecht zur Wabenoberfläche rotiert und dabei gegebenenfalls parallel zu dieser Oberfläche bewegt wird, etwa um eine längere Einkerbung gemäß Figur 1 zu erzeugen. Ein für diese Ausführungsform der Erfindung geeignetes Werkzeug ist beispielsweise in den Figuren 8 und 9 dargestellt.According to a further embodiment of the invention, instead of of a tool with milling teeth cut into the tool steel, also such a tool be used in which the incised milling teeth through on a base body applied extremely hard abrasive grains such as carborundum or, preferably, diamond dust or splinters are replaced. This embodiment is particularly advantageous for Surface machining in which the machining tool is perpendicular to an axis rotates to the honeycomb surface and possibly parallel to this surface is moved, for example to produce a longer notch according to FIG. One for This embodiment of the invention suitable tool is for example in the Figures 8 and 9 shown.
Figur 8 ist ein senkrechter Schnitt und Figur 9 ist die Ansicht des Werkzeuges von unten.Figure 8 is a vertical section and Figure 9 is a view of the Tool from below.
6 ist wieder die - in diesem Falle senkrechte - Drehachse, auf der der Schleifkonus 10 montiert ist. Auf der Unterseite 11 und gegebenenfalls auch an den Seitenflächen 12 ist das Schleifmittel, vorzugsweise Diamantstaub, aufgetragen. Wichtig ist, daß das Schleifmittel weder zu fein- noch zu grobkörnig ist. Die optimale Körnung hängt in einem gewissen Umfang von den Eigenschaften des zu bearbeitenden Wabenkörpers ab und liegt im allgemeinen in den Grenzen von 150 bis 400 nach DIN 848. Für die meisten Zwecke ist der Bereich von etwa 180 bis 250 nach DIN 848 optimal. Zweckmäßig ist die schleifstaubbesetzte Unterseite 1i mit radialen Nuten 13 zur Abführung des abgetragenen Materials versehen.6 is again the - in this case vertical - axis of rotation on which the grinding cone 10 is mounted. On the underside 11 and possibly also The abrasive is preferably on the side surfaces 12 Diamond dust, applied. It is important that the abrasive is neither too fine nor too coarse-grained is. The optimal grain size depends to a certain extent on the properties of the honeycomb body to be processed and is generally within the limits of 150 up to 400 according to DIN 848. For most purposes the range is from about 180 to 250 according to DIN 848 optimal. The bottom 1i, which is covered with sanding dust, is expedient provided radial grooves 13 for the removal of the removed material.
Zum Fräsen von Nuten ist es zweckmäßig, den Konus 10 dieses Werkzeuges zylindrisch auszubilden.For milling grooves, it is useful to use the cone 10 of this tool to be cylindrical.
Zum Bohren vob Löchern ist beispielsweise das in Figur 10 im senkrechten Schnitt dargestellte Werkzeug geeignet. Der auf der senkrechten Achse 6 montierte Schleifkopf 18 ist an der Unterseite 19 und dem unteren Teil seiner inneren und äußeren Seitenflächen 20, 21 mit Schlei fmittelkörnern belegt.For drilling vob holes, for example, that in FIG. 10 is vertical Tool shown in section suitable. The one mounted on the vertical axis 6 Grinding head 18 is at the bottom 19 and the lower part of its inner and outer side surfaces 20, 21 covered with abrasive grains.
Eine besondere Ausführungsform der Erfindung sieht darüber hinaus vor, während der Bearbeitung der Wabenkörperoberfläche in dessen Zellen Luft unter einem Druck von mehreren bar, vorzugsweise 6 bis 8 bar einzublasen. Durch diese Maßnahme wird nicht nur die Abfuhr der Schleifspäne begünstigt, sondern auch die Wabe stabilisiert und ein Vibrieren derselben verhindert, so daß auch Waben mit besonders dünn- und weichwandigen Zellen ohne Verformung derselben unter Gewinnung sauberer gratfreier Schnittflächen bearbeitet werden können.A particular embodiment of the invention also provides before, during the processing of the honeycomb body surface in its cells air under a pressure of several bar, preferably 6 to 8 bar. Through this Measure is promoted not only the removal of the grinding chips, but also the Honeycomb stabilizes and prevents vibrations of the same, so that honeycombs with particularly thin- and soft-walled cells without deformation of the same with extraction clean, burr-free cut surfaces can be machined.
Zu diesem Zweck sind im Schleifkonus 10 Bohrungen 15 angebracht, durch die über die Luftzuführung 16 zugeführte Druckluft in die Waben zellen während der Bearbeitung eingepreßt werden kann. Entsprechende Bohrungen 14, 23, durch die ebenfalls Druckluft in die Waben zellen während der Bearbeitung eingepreßt werden kann, sind vorzugsweise auch für die anderen erfindungsgemäß zu verwendenden Werkzeuge vorgesehen. Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Werkzeug erfolgt die Luft zuführung zu den in den Frässcheiben 5 angebrachten Bohrungen 14 über eine in der Achse 6 angebrachte Bohrung 17. Bei dem in Figur 10 dargestellten Werkzeug kann die Luftzuführung zu den über die 7ylinderwände 18 verteilten Bohrungen 23 beispielsweise über eine in der Achse 6 angebrachte Bohrung 22 erfolgen.For this purpose 10 holes 15 are made in the grinding cone the compressed air supplied via the air supply 16 into the honeycomb cells during the Machining can be pressed. Corresponding holes 14, 23, through which also Compressed air can be injected into the honeycomb cells during machining preferably also provided for the other tools to be used according to the invention. In the case of the tool shown in FIGS. 4 and 5, the air is supplied to the bores 14 made in the milling disks 5 via one in the axis 6 attached hole 17. In the tool shown in Figure 10, the air supply to the bores 23 distributed over the cylinder walls 18, for example via a in the axis 6 mounted bore 22 take place.
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DE19803002468 Withdrawn DE3002468A1 (en) | 1980-01-24 | 1980-01-24 | Shaping thin-wall honeycomb structure for aerofoil - uses profile milling or abrasive cutter working at specified high cutting speed |
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