复杂曲面零件化铣样板的设计方法

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山东工业技术
2021年03月30日 21:10

...成果\"硬脆材料复杂曲面零件精密制造技术与装备\"获国家技术发明...

魏天娇

摘 要:化学铣切是在金属零件表面上涂覆能够抗腐蚀溶液作用的保护涂料,利用溶液的腐蚀作用去除需要去除表面金属的过程。加工过程中,化铣区的确定是非常关键的一道工序,而作为确定化铣区的辅助工具,化学铣切样板的设计与制造过程中,存在各类技术难题。本文通过对某机型飞机生产过程中几个典型复杂零件的分析,从不同的方面论述了解决的方案,提出了新工艺,新方案,经过反复的实验,改进并落实到实际生产中用以指导化铣样板的生产。

关键词:化学铣切样板;关键因素分析;化学铣切技术

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.17.016

1 前言

在现代航空制造业中,化学铣切技术作为一种特种加工的工艺方法有着广泛的应用。所谓化学铣切加工,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控制,从工件上预先确定的部位、范围与深度上出去基本材料,从而获得所需的加工尺寸和尺寸精度。整个加工过程无刀痕、无切屑和工件协调的问题。因此,在飞机制造中占有重要地位。

目前,在飞机各类单双曲度薄壁蒙皮类零件中,依赖化学铣切技术的零件有很大比例。化学铣切样板作为重要的辅助工具,是一种精确的平型或曲度型的划线工装,用来确定加工之前修整去掉保护涂层的刻线,确定工件上应接受铣切的部位。

2 复杂曲面化铣样板设计制造的关键因素分析

对于一些双曲度类复杂零件,常规的化铣样板设计方法显然难以满足,而应用数字化技术,改进目前样板设计和制造的流程,可以更好的解决军机生产中遇到的难题。

2.1 复杂零件定位孔协调困难

在设计化铣铣切样板(简称化铣样板)的时候需要考虑化铣样板与零件的定位关系的问题。而由于复杂零件曲度大,在采用定位孔协调的时候,会出现错位的情况。

2.2 化铣零件内化铣区的确定

有些零件需要对零件内形面进行化铣,即化铣区与工装贴合。在设计化铣样板的过程中,由于化铣样板使用位置与工装处在零件的同一侧,因此很难保证化铣样板、零件、工装同时协调。特别是对于内化铣区的确定以及加工存在很大的难度。该零件采用蒙拉成形,工装与零件内形贴合,在化铣样板的制造过程中十分困难。

2.3 复杂曲度零件展开困难

双曲度零件展开变形比较大,对于这类先成形后化铣零件,需要在成形的毛料上定出化铣区位置,这需要对复杂曲面进行展开计算,然后通过辅助手段确定化铣区的位置。如果曲面展开后失真严重,曲面变形大,这种方法就很难实施。

3 复杂曲面零件化铣样板设计的新方法

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。

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CATIA V5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,经与工裝模胎校核后对比,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。endprint

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