肖书剑
航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司制造数据中心 沈阳 110850
摘要：在MBD技术下，样板加工形式发生了变化，与之而来的是在加工过程中对材料特性的要求发生了根本的变化，本文从材料性能对比方面着手，并从经济性、加工时效性多方面比对，讨论用不锈钢材料作为新型样板加工材料的可行性。
关键词：不锈钢；20#钢；激光切割性能；激光打标
1引言
在模拟量传递的飞机制造过程中，样板起着举足轻重的作用，是承接设计所工程图样到制造厂产品的桥梁，是零、组部件加工、生产、检验的重要依据。而如今在零件MBD制造技术和样板激光切割加工的背景下，生产节奏加快，设计依据频繁更改的情况下，样板作为零件制造依据的功能已经被弱化，而作为检验的依据的功能逐渐在强化。这就需要样板具有快速制造、快速响应的能力。
现阶段样板主要材料以20#钢为主。20#钢具有成本低廉，在机械加工方面具有较好的延展性。在以往模拟量传递的情况下，延展性较好的特点易于工人按模线手工加工修边，标记更改时易于修改。但在新的背景下，20#钢延展性好，易于手工加工的特性被弱化，反而暴露出了以下问题：
a)强度不高，样板易变形。在生产现场样板经过一定周期的使用，存在变形、磨损严重的情况，样板的几何正确性不能保证。每年由于变形、磨损造成的返工返修约为100项。
b)防锈性差。在生产现场样板经过一定周期的使用，存在喷漆脱落现象，脱落部分易锈蚀，造成样板标记、刻线不清晰，造成生产现场工人错用、误用样板的现象。
c)样板制造周期长。20#钢样板需做喷漆防锈处理，样板制造流程长，这是制约样板快速制造的瓶颈。
d)管理成本高。样板喷漆间设备、烘干箱设备维护成本高，漆渣处理费用也高。
鉴于20#钢的诸多不适宜性，已经不能满足在新的背景下样板的使用要求，我们进行了样板材料变更的论证。
2样板新型材料初选
考虑样板作为刚性量具和使用环境的特性，为了克服上述问题，新的样板替代材料需具有良好的刚性、一定的防锈性能、成本低廉、良好的激光切割性。试验之初，作为候选，共考察调研了：45#钢、Ti合金、铝料、不锈钢等材料作为样板材料替代的候选，结果如下：
从上表对比结果，选出综合性能最好的不锈钢材料作为样板替代材料候选。
不锈钢最主要的特性即为防锈蚀，常温常湿（样板库样板储存环境）的情况下，可至少保证样板在一个定检周期内不生锈，在常温材料表面有机油（样板使用环境）的情况下，还会增强样板的防锈蚀性能。因此选用不锈钢作为样板材料，可以减少样板制造中防锈处理环节，大大缩短样板制造周期,且具有较优良的刚性，减少样板因变形产生的返修次数。可保证样板的设计、制造、移交全周期压缩至1天以内，提升快速响应能力。
3不锈钢、20#钢两种材料对比
3.1激光切割适宜性对比
3.1.1激光切割参数
不锈钢材料与20#钢激光切割性能基本一致。因此，激光切割机在对不锈钢材料进行切割时，可比对20#钢切割时的参数进行设置。
3.1.2切割性能对比
通过对两种材料进行同一切割文件进行试验，如图1所示激光切割文件：
本次试验的试验件，除了考察常规的划线，切割，钻孔等激光加工性能以外，还特别以连续碎线、Φ2.7孔、小于60°尖角为主要测试点，考察材料加工性能。这也是以往20#钢主要切割性能劣势，对这些元素切割时，容易造成材料烧蚀的情况。
图1 试验激光切割文件
3.1.2.1曲线切割对比
a)20#钢
在连续碎线的测试点上，20#钢在连续碎线上有明显烧蚀情况，且曲率越小，曲线上有明显尖端的情况下，烧蚀情况更为严重。
b)不锈钢在切割由连续碎线组成的曲线时，曲线连续，宽度均匀，无明显烧蚀情况。
3.1.2.2小孔径切割对比
在小孔（孔径小于Φ5）切割测试中，以Φ2.7孔为例：20#钢在小孔孔径激光切割时边缘有烧蚀状况。不锈钢材料小孔孔径激光切割性能不锈钢材料在切割小孔径孔时，边缘光滑，无烧蚀情况。
3.1.2.3尖角切割对比
在小于60°尖角的测试切割中，20#钢尖角均出现了不同程度的烧蚀的情况，角度越小，烧蚀情况越严重；不锈钢材料，尖角切割情况
两种不锈钢材料在尖角切割测试中，尖角均较好的保持了几何外形特性。经本次试件试切，20#钢因含碳量高，在主要测试点上均出现了烧蚀的情况，而不锈钢因本身材料含碳量低，在主要测试点上几何要素保持完好，基本不存在烧蚀情况。因此，采用不锈钢材料进行切割时，将会改善样板尖角的切割情况。
3.2激光打标适宜性对比
3.2.1 20#钢激光打标性能
在20#钢表面喷漆的情况下，打标字体较为清晰，可以清楚的表达标记内容。但20#钢的打标原理是对漆面进行烧蚀，露出20#钢原本材料，裸露的钢面有锈蚀的风险，在长时间的使用后容易标记不清。
3.2.2 不锈钢激光打标性能对比
不锈钢材料样板打标字体清晰，可清楚地表达样板标记内容。不锈钢材料打标原理是对材料本身直接进行烧蚀，标记较20#钢更为牢固，更加耐磨，更适宜生产厂工段使用环境。
4结论
结合以上论述过程，不锈钢材料样板可以较好地解决20#钢样板长期使用后喷漆脱落问题，还可以缩短样板加工周期，提供更高的激光切割性能，并且未增加综合成本。因此不锈钢样板可以代替20#钢，作为主要的样板材料。应用不锈钢样板的主要优势如下：
1.生产周期缩短，样板从设计到制造可压缩至一天内完成，提高快速响应能力；
2.样板防锈能力得到提升，使用寿命可得到延长；
3.样板的可加工性得到提升，加工性能和硬度都得到了提升；
4.样板造价和管理成本下降。
5结束语
本文探讨了在激光切割机加工及激光打标机打标的工作环境下，不锈钢作为新型样板材料的适宜性，使用不锈钢作为样板加工材料，将提高样板使用性能，扩宽样板使用范围，延长样板使用寿命。
论文作者:肖书剑
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/14
标签：样板论文; 材料论文; 激光论文; 性能论文; 不锈钢论文; 加工论文; 情况论文; 《防护工程》2018年第18期论文;