摘要：样板在化学铣切中得到了广泛的应用,样板的质量对化学铣切的质量有着重要的影响,因此样板质量的控制就显得格外重要,在生产实践中积累了一些控制样板质量的经验,更好地保证了产品的化枕质量。
关键词：化学铣切；样板；质量控制
1前言
随着新一代飞机的战术性能要求的提高，其对飞机的重量变得越来越敏感，所以结构轻量化设计越来越成为了现代飞机设计与制造工程人员追求的目标。对于预先成形好的零件，例如导弹壳体和蒙皮零件，如何去掉零件上多余的金属，从而尽可能地减轻导弹或者飞机零件的结构重量同时又不影响零件的应力状态是一个难题，而化铣工艺是解决此问题的一种比较好的方法。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，从而获得所需的加工尺寸和尺寸精度。化铣是一种无刀痕、无切屑和无工具协调问题的特种切削加工。将零件需要加工的表面露出，不加工表面用耐腐蚀涂层保护起来，侵入化学溶液中进行腐蚀，使加工部位的金属按选定的尺寸要求溶解去除，达到化铣加工零件的目的。
2传统的化铣样板设计与制造
2.1化铣样板的定义
由于飞机总质量和强度的具体要求，飞机上很多蒙皮类和钣金框板类零件，均需要化学铣切。化铣样板用于铝合金零件化学铣切前，零件涂胶表面的刻模。按制造和使用情况，分为化铣（展开）和化铣（成形）样板。化铣（展开）样板，是先化铣后成形的零件，进行化铣刻线用的样板（样板为展开平面状态）；化铣（成形）样板，是先成形后化铣的零件，进行化铣刻线用的样板（样板为立体状态）。
2.2传统的化铣（成形）样板
传统的化铣（成形）样板设计与加工方法，是首先由模线样板生产厂提供反切内样板（用于制造模胎）1套，然后由钣金零件生产厂提供给样板制造厂蒙皮实样和已预成形的化铣（成形）样板钣坯各1件，再由样板生产厂依据化铣（成形）样板钣坯上的飞机对称轴线、水平基准线、框轴线（由钣金零件生产厂按模胎划出）等为基准，按照产品图纸尺寸划出化铣边界线，开出视口，最后化铣（成形）钣坯按照蒙皮实样切割边缘，经检验合格后，即可交付生产。
2.3传统的化铣（展开）样板
传统的化铣（展开）样板设计与加工方法，是首先由模线样板生产厂提供反切内样板（用于制造模胎）1套，然后由钣金零件生产厂按模胎制造立体实样1个，装机试验合格后，由钣金厂校平，再由样板生产厂依据化铣（展开）实样上的飞机对称轴线、水平基准线、框轴线（由钣金零件生产厂按模胎划出）等为基准，按照产品图纸尺寸划出化铣边界线，开出视口，制成化铣（展开）样板，经检验合格后，即可交付生产。由于飞机结构的特殊性，飞机零件不同于其他机加类零件，其曲面复杂，多为双曲度，边界不规则，没有规律可循。化铣（展开）样板经过工人手工敲打成展开状态，由于材料变形的客观因素和人为加工误差的主观因素双重制约，误差很大，所以绝大部分曲面零件，特别是双曲面零件，都采用化铣（成形）样板加工。
3化学铣切样板的质量控制
为了说明复杂零件的化铣样板的设计问题，列举了几个典型的零件从不同的角度来阐述一下设计的思路和方法。
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3.1通过改进化铣样板的设计与制造的流程缩短制造周期
3.1.1改进前的设计方案
对于先成形后化铣类的零件，目前化铣样板的设计流程是依据三维制造数据集设计出化铣（成形）样板的展开模线，然后在零件毛料上确定出化铣区的化铣余量线等信息，并开出视口供零件厂使用。
3.1.2改进后的设计方案
对于采用滚弯成形零件，我们根据具体情况改进了设计和制造流程。在该零件化铣样板制造过程中，零件厂提供的毛料与实样的定位孔出现了协调困难的问题，同时零件与毛料的外缘也不协调。为了缩短需要返工所延长的制造周期，我们尝试了利用CATIAV5的展开功能，为零件厂提供了该零件化铣样板的二维展开数据集。零件厂依据二维展开数据集直接下料并滚弯成形，经与工装模胎校核后对比，外缘与通孔完全符合胎线，这样制得的化铣样板经过后续打标记、刻等宽线等流程便可以直接供零件厂化铣刻形。这过程中省去了工人手工为化铣区开视口的操作以及销钉定位等带来的反复校核的流程，不但简化了化铣样板的加工工艺，并且减少了模拟量传递过程中的误差，也减轻了工人的加工强度。
3.2通过改变设计思路解决复杂曲面的展开问题
3.2.1曲面构型复杂零件展开难以满足需要
对于曲面曲度变化大，正常展开难以满足生产需要的零件，通过辅助样板等手段难以实现化铣区的定位。零件的曲面展开后整体形状变化失真，并且由三维状态传递的到二维状态的化铣区等信息错位严重。经过反复试验，发现不能符合工装胎线的尺寸。
3.2.2改变展开数据集的设计思路与方法
为了解决这个问题，采用了逆向思考，并利用有限元的思想。将零件分为若干段，分别进行展开，最后根据外形重新定位拼接成形。后经过与胎线比对，完全符合。将这些分别展开的曲面片绘制在聚酯薄膜上，并分别贴合在化铣样板的毛料上，根据展开的信息确定出化铣区的位置，由此开出化铣区的视口，最终完成化铣样板的设计工作。
3.2.3利用数控机床辅助化铣样板设计与制造
在飞机的制造过程中，一些双曲度大蒙皮类零件由于尺寸比较大，化铣区复杂，常规辅助手段无法实现化铣区的定位。该零件尺寸大、化铣区多、双曲度曲面展开失真严重。对于此类零件采取了利用数控机床在化铣毛料样板上刻线的加工方式。这需要我们提供一份供数控机床划线所需的数据集。在数据集中需要加入零件的外形信息、余量信息、开口位置信息、化铣区信息、以及定位孔信息。需要考虑到零件、化铣样板、工装之间的配合协调关系和化铣样板的材料厚度的问题。
尽管这个过程需要几个单位之间的相互协调和沟通才能完成，但是可以保证化铣区的准确性。可以有效应用于此类零件的化铣样板的设计和制造工作。
4结束语
随着数字化技术的深入应用，在飞机的制造过程中，如何能够灵活的面对不同类的零件采取相应的方法，使得数字化技术能够与目前的生产结合，并得到广泛的应用，是整个行业不断探索与研究的主要内容。面对飞机零件外形的不断变化和发展，特别是需要进行化学铣切加工的零件，有复杂化、精确化的趋势。传统的依赖化学铣切样板刻形的方法受到了很大的挑战，在激光刻形的技术尚未大量应用的前提下，考虑到生产成本及生产周期的需要，采用灵活多变的方案，改进目前的设计思路和设计方法，可以很好的解决生产中的技术难题。
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论文作者:张敏,张大钧
论文发表刊物:《科技中国》2018年2期
论文发表时间:2018/7/18
标签：样板论文; 零件论文; 加工论文; 化学论文; 曲面论文; 飞机论文; 蒙皮论文; 《科技中国》2018年2期论文;