CN114789326A - 一种大型前缘蒙皮零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大型前缘蒙皮零件的加工方法，属于航空飞机钣金零件加工技术领域。该加工方法包括下料、化学预铣切、预拉伸、热处理、拉伸成形和化学铣切。无论是对于加工简单的大型前缘蒙皮零件，还是较为复杂的大型前缘蒙皮零件均能使用本发明的加工方法，使零件表面质量提升，预化铣将板材在未拉伸状态下铣切0.1mm，避免拉伸工序及热处理工序将材料内部可能留有的气泡及其他材料缺陷暴露，预化铣后进行拉伸成形，使大型前缘蒙皮零件一次成形后贴合间隙小于0.5mm以及外形极限偏差小于正负0.5mm，渗透一次合格率超过95％，整体加工生产周期缩短6‑8天。

Description

一种大型前缘蒙皮零件的加工方法

技术领域

本发明属于航空飞机钣金零件加工技术领域，涉及一种大型前缘蒙皮零件的加工方法。

背景技术

飞机前缘蒙皮类零件是飞机的主要零件类型之一，在飞机尾段、机翼等关键部位进行大量使用。随着大型运输飞机、民用客机对前缘蒙皮零件在减阻降噪，提高升阻等方面性能指标要求的不断提高，对前缘翼型不断地进行气动优化设计及数值研究是飞机机翼设计中的技术核心。因此为保证飞机气动外形，对零件产品的表面质量要求更加严格，也逐渐将对零件表面质量的不断追求成为零件产品质量的关键因素。而大型前缘蒙皮从板材原材料的生产环节、零件预成形、热处理等工序及周转环节均易造成对产品表面质量的损伤。

因此前缘蒙皮零件出现结构尺寸大，相对厚度大，成形时零件变形极不均匀，极易回弹。要保证合格的零件，不允许出现破裂、局部起皱、粗晶和滑移线等成形缺陷，这使得成形难度随之增加。在现阶段中，大型前缘类蒙皮主要采用蒙皮拉伸的成形方式，但目前零件的制造仍存在一定的范围区域，对于R角较小的前缘蒙皮在拉伸时容易出现滑移线、桔皮、粗晶乃至破裂等不可接受的缺陷。

某型飞机的一种大型前缘蒙皮零件，零件材料使用3.5mm厚的铝合金板材，特点为内表面化铣区域大，化铣格分布密，零件尺寸超2000mm，侧边弧度接近 90°，拉伸成形时蒙皮顶部圆角区域拉伸量接近极限值。此种大型前缘蒙皮零件通常使用剪板机进行下料，下料尺寸为2100×2200mm(纤维方向)，需保证纤维方向与拉伸方向呈0°角，下料后使用蒙皮拉伸机对毛料进行拉伸成形。

实际生产中，在对大型前缘蒙皮零件进行渗透检查时发现该批零件外表面的缺陷较为明显，缺陷较多呈现为不规则凹坑。经过对批生产零件的逐件检查，凹坑缺陷均呈不规则数量的分布。现有的普通工艺方法，在拉伸成形过程中及热处理过程中均将凹坑缺陷进行扩大及暴露，无法进行消除，仅依靠工人进行手工打磨，需多次全面的打磨，逐次打磨后再对零件进行厚度检测，保证零件的厚度符合标准差值，且需要进行多次渗透检查完成对内外表面的全面无损检查。此种现行的工艺方法在加工大型前缘蒙皮零件时，为保证零件表面质量通常需整体打磨5至6次，仅打磨时间需使用3小时，再加之多次渗透检查，一件大型前缘蒙皮整体交付时间延长6至7天，影响零件的加工生产效率和产品交付周期，额外增加了工人的劳动强度。

发明内容

本发明的目的在于设计一种大型前缘蒙皮零件的加工方法，该加工方法包括下料、化学预铣切、预拉伸、热处理、拉伸成形和化学铣切。无论是对于加工简单的大型前缘蒙皮零件，还是较为复杂的大型前缘蒙皮零件均可使用本发明的加工方法，使零件表面质量提升，一次渗透检查合格率超过95％；同时有效利用加工时间，节约加工成本，实现产品又好又快交付。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种大型前缘蒙皮零件的加工方法，包括以下步骤：

S1.下料

测量零件成形后尺寸，原材料板材在拉伸方向预留1000mm拉伸余量，再将周边多保留40-50mm化铣余量，利用剪板机按此尺寸进行剪切，形成前缘蒙皮零件原材料板。

S2.预化铣

将原材料板祛除塑料薄膜及油污，保证板料表面无划伤。用风钻在化铣余量处钻制装挂孔，装挂零件且保持一定间隔，与装挂筐紧固连接，防止互相碰撞。室温下冷水冲洗1-2min并喷淋清洗。化铣前使用试片对腐蚀速率进行测定，准确计算化铣时间，当化铣时间达到计算时间的70％时，取出零件板料，使用测厚仪对零件板料进行测厚。目的为将零件板料两侧同时化铣减薄0.05mm。当达到板料厚度两侧均减薄0.05mm时，在室温下的冷水槽中清洗1-2min，并喷淋后干燥。

S3.预拉伸

选择蒙皮拉伸机，将拉伸模表面涂油，零件板料两侧稳固夹持；启动蒙皮拉伸机，拉伸零件板料，利用拉伸模工作表面弯曲零件板料，再进行拉伸。零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％(带延伸率试纸)并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面。

S4.热处理

检查零件表面质量：目视检查零件表面应清洁干燥，无脏物、油污和油脂等。检查随炉高温氧化试样：除包铝材料外，空气炉退火或空气炉固溶热处理时应随带一个与零件相同材料牌号、材料类型的高温氧化试样，周期为一个月一次，数量为一次一个。设备所有温度传感器温度达到工艺要求的温度范围时，零件入炉。零件应放置在有效加热区内且均匀分布，禁止密排或堆放，使热空气能自由地流过每一个零件，保证零件充分热透和减少零件热处理过程中变形。设定温度：413℃，加热温度范围：413℃±15℃；保温时间：2h。保温结束后，以最大28℃/h的速度炉冷至260℃或更低温度，出炉空冷到室温。

S5.拉伸成形

选择蒙皮拉伸机，将拉伸模表面涂油，零件板料两侧稳固夹持；启动蒙皮拉伸机，零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％(带延伸率试纸) 并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面，检查零件是否贴胎。首次加工合格零件后，将加压轨迹保存记录，用于后续零件成形使用。打开钳口，将零件从钳口中取出，注意保护零件表面，防止划伤。检查零件表面有无严重滑移线、粗晶产生；检查零件表面是否存在严重的凸、凹坑及严重划伤；检查零件与工装贴合间隙，无明显间隙。

S6.铣切

在实际加工工件前，首先要通过试运行来确认机床的动作状态；确认项目包括：使用单程序段、进给速度倍率、机床锁住功能或没有安装刀具和工件时的空载运转。通过吊车先将铣切工装水平放置在平台上，同时尽量保证铣切工装X轴方向与五坐标铣床X轴夹角小，方便后续的微量调整。通过百分表和红宝石测头精确测量铣切工装的X、Y、Z与加工坐标原点，并通过工人手工微量调整工装姿态。通过压板将铣切夹具与铣切平台固定安装。加工试运行主要用来解决实际加工过程中、实际加工环境内、机床***间的干涉碰撞问题和运动关系。在实际进行加工之前，可以在自动运行下检查所编程序能否按需要操作机器。将待加工零件毛料通过绑带勒紧或真空吸附紧密固定贴合在铣切工装表面。零件毛料四周部位用铣切工装上的压板固定。拉直找正坐标系，使得机床的坐标系与编程坐标系重合。选择程序运行数控铣切程序。按下机床操作面板上的循环开始开关自动进行铣切操作。关闭机床循环按钮。清理铣切夹具和机床平台表面铝屑。卸载压板压紧力，从铣切夹具上取下零件。

本发明的有益效果：通过采用上述大型前缘蒙皮加工方法成形零件后，零件表面质量得到较大提升，预化铣将板材在未拉伸状态下铣切0.1mm，避免拉伸工序及热处理工序将材料内部可能留有的气泡及其他材料缺陷暴露，预化铣后进行拉伸成形，使大型前缘蒙皮零件一次成形后贴合间隙小于0.5mm以及外形极限偏差小于正负0.5mm，渗透一次合格率超过95％，整体加工生产周期缩短6-8 天。

具体实施方式

以下结合实施例进一步解释本发明的具体实施方式，但不用于限定本发明。

此种零件加工方法，创新前缘蒙皮零件加工方法，提出预化铣工序，将零件原材料在未成形前进行减薄0.1mm，优化各工序加工方法，形成一套全新的大型前缘蒙皮零件加工方法。具体步骤如下：

第一步，检查板料材料厚度、表面状态

材料表面不允许出现裂纹、脱层、非金属夹杂物、气泡、烧损、腐蚀斑点，检查材料边缘毛刺是否去除。将原材料板材在拉伸方向预留1000mm拉伸余量，再将周边多保留40-50mm化铣余量，利用剪板机按此尺寸进行剪切，形成前缘蒙皮零件原材料板。

第二步，预化铣

将原材料板祛除塑料薄膜及油污。用风钻在化铣余量处钻制装挂孔，孔直径φ6mm，数量4个，分布于四个角。利用钢丝、不锈钢丝、铁丝或专用夹具装挂零件，防止在腐蚀中产生气囊；装挂零件时保持一定间隔，且与装挂筐紧固连接，防止互相碰撞。使用无水乙醇进行溶剂清洗，用有机溶剂浸湿的布擦拭零件表面，然后用洁净的布擦干零件，不得使零件表面自然干燥。

由操作者检查材料牌号，并测量原材料厚度，并在冶表384号上做记录。长度不大于1m的零件任取三点测平均值，大于1m的零件长和宽方向等间距各取三点测平均值。将零件在室温下完全浸入硝酸溶液中处理2-5min。室温条件下将零件完全浸入冷水中1-2min，并至少抖动零件一次，零件完全进出一次溶液为一次抖动。冷水清洗后将零件完全浸入40℃-55℃的氢氧化钠溶液中0.5-1min。碱腐蚀后将零件完全浸入30℃-50℃温水中清洗至少5min，并至少抖动零件一次。在化铣前，应用试片准确测量腐蚀速率。化铣液温度75℃～104℃。零件下槽前，用压缩空气充分搅拌槽液至少30min。在工作温度下，腐蚀速率在 0.02-0.06mm/min/单面的范围内，测定该工作条件下的实际腐蚀速率。

根据零件的腐蚀深度计算腐蚀时间，公式为：

t＝h/v

式中：t为化学铣切时间(min)；h为铣切深度(mm)；v为腐蚀速率(mm/min/ 单面)。

腐蚀加工时间达到预计腐蚀时间的大约70％之后，应取出零件测量化学铣切深度并计算实际腐蚀速率，然后按实际腐蚀速率继续处理到规定的尺寸，按技术要求对尺寸进行检验。尺寸测量方法为：同一厚度尺寸的化铣区少于九处的，任取三区测平均值，每区至少取三点测厚；化铣区大于等于九处的取五区测平均值，每区至少取三点测厚。铝合金表面粗糙度Ra≤1.6μm。最终达到两侧均减薄0.05mm的目的。

第三步，预拉伸

选择合适吨位的蒙皮拉伸机，检查拉伸机设备的完好性，安全性，可靠性。检查工艺装备应完整、无缺件；无压坑、变形、磨损、开裂等损伤。使用吊车将拉伸所需专用平台放置于拉伸机中心位置。使用吊车将拉伸工装放在平台中心位置，保证工装与平台固定良好按拉伸方向摆好位置与钳口方向一致清理模具并在模具表面涂油。零件边缘线及其它标注线应清晰、完好。将零件板料两侧稳固夹持，启动蒙皮拉伸机，拉伸零件板料，利用拉伸模工作表面弯曲板料，再进行拉伸。零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％(带延伸率试纸)并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面。

第四步，热处理

检查零件表面质量：目视检查零件表面应清洁干燥，无脏物、油污和油脂等。检查随炉高温氧化试样：除包铝材料外，空气炉退火或空气炉固溶热处理时应随带一个与零件相同材料牌号、材料类型的高温氧化试样，周期为一个月一次，数量为一次一个。试样来料状态：O，试样规格如下：板材试样规格(mm)： 80×30，型材试样规格(mm)：L＝80，试样打有对应的空气炉编号。确定设备炉温均匀性检测和***误差校对合格并在有效期内。使用GLQ-031或GLQ-037 溶剂将零件清洗干净，清洗后零件表面应无肉眼可见的明显污物，油脂、胶脂、油漆。设备所有温度传感器温度达到工艺要求的温度范围时，零件入炉。零件应放置在有效加热区内且均匀分布，禁止密排或堆放，使热空气能自由地流过每一个零件，保证零件充分热透和减少零件热处理过程中变形。设定温度：413℃，加热温度范围：413℃±15℃；保温时间：2h。保温结束后，以最大28℃/h的速度炉冷至260℃或更低温度，出炉空冷到室温。随炉高温氧化试样送理化测试中心进行高温氧化检测。

第五步，拉伸成形

选择合适吨位的蒙皮拉伸机，再次将拉伸模表面涂油，淬火后的零件变形较为严重，先将一侧零件夹持稳固后，利用钳口运动将另一侧进行稳固。两侧稳固夹持后，在零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％(带延伸率试纸)并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面，检查零件是否贴胎。首次加工合格零件后，将加压轨迹保存记录，用于后续零件成形使用。打开钳口，将零件从钳口中取出，注意保护零件表面，防止划伤。检查零件表面有无严重滑移线、粗晶产生；检查零件表面是否存在严重的凸、凹坑及严重划伤；检查零件与工装贴合间隙，无明显间隙。

第六步，铣切

分析零件的加工部位、加工基准、尺寸精度及形位精度，确定工件的装夹位置及方式、加工坐标系、刀具尺寸、加工路线及加工工艺参数等。在实际加工工件前，首先要通过试运行来确认机床的动作状态；确认项目包括：使用单程序段、进给速度倍率、机床锁住功能或没有安装刀具和工件时的空载运转。机床运转之前应认真检查是否已经正确输入想要输入的数据。要确保进给速度与打算进行的操作相适应。当使用刀具补偿功能时，充分确认补偿方向和补偿值。穿上完好无损的工作服，扣上扣子，长发操作者戴工作帽，手上不得沾油。通过吊车先将铣切工装水平放置在平台上，同时尽量保证铣切工装X轴方向与坐标铣床X轴夹角小，方便后续的微量调整。通过百分表和红宝石测头精确测量工装的X、Y、Z与加工坐标原点，并通过工人手工微量调整工装姿态。通过压板将铣切夹具与铣切平台固定安装，方向与机床的X、Y、Z方向一致。将待加工零件毛料通过绑带勒紧或真空吸附紧密固定贴合在铣切工装表面。零件毛料四周部位用铣切工装上的压板固定。拉直找正坐标系，使得机床的坐标系与编程坐标系重合。

选择程序运行数控铣切程序。按下机床操作面板上的循环开始开关自动进行铣切操作。铣切操作结束后，关闭机床循环按钮。清理铣切夹具和机床平台表面铝屑。卸载压板压紧力，从铣切夹具上取下零件。

将零件放置在拉形模上检查零件边缘，外形尺寸极限偏差正负0.5mm。零件表面不应有裂纹、压伤和其他机械损伤。

Claims (6)

1.一种大型前缘蒙皮零件的加工方法，其特征在于，该加工方法包括以下步骤：

S1.下料

测量零件成形后尺寸，原材料板材在拉伸方向预留1000mm拉伸余量，再将周边多保留40-50mm化铣余量，利用剪板机按此尺寸进行剪切，形成前缘蒙皮零件原材料板；

S2.预化铣

将原材料板祛除塑料薄膜及油污，保证板料表面无划伤；在化铣余量处钻制装挂孔，装挂零件且保持间隔，同时与装挂筐紧固连接，防止互相碰撞；室温下冷水冲洗1-2min并喷淋清洗；化铣前使用试片对腐蚀速率进行测定，准确计算化铣时间；当化铣时间达到计算时间的70％时，取出零件板料，使用测厚仪对零件板料进行测厚，目的为将零件板料两侧同时化铣减薄0.05mm；当达到板料厚度两侧均减薄0.05mm时，在室温下的冷水槽中清洗1-2min，并喷淋后干燥；

S3.预拉伸

选择蒙皮拉伸机，将拉伸模表面涂油，零件板料两侧稳固夹持；启动蒙皮拉伸机，拉伸零件板料，利用拉伸模工作表面弯曲零件板料，再进行拉伸；

S4.热处理

检查零件表面质量：目视检查零件表面应清洁干燥，无脏物、油污和油脂；检查随炉高温氧化试样：除包铝材料外，空气炉退火或空气炉固溶热处理时随带一个与零件相同材料牌号、材料类型的高温氧化试样，周期为一个月一次，数量为一次一个；设备所有温度传感器温度达到工艺要求的温度范围时，零件入炉；零件放置在有效加热区内且均匀分布，禁止密排或堆放，使热空气能自由地流过每一个零件，保证零件充分热透和减少零件热处理过程中变形；设定温度：413℃，加热温度范围：413℃±15℃；保温时间：2h；保温结束后，以最大28℃/h的速度炉冷至260℃或更低温度，出炉空冷到室温；

S5.拉伸成形

选择蒙皮拉伸机，将拉伸模表面涂油，零件板料两侧稳固夹持；启动蒙皮拉伸机，零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面，检查零件是否贴胎；然后打开钳口，将零件从钳口中取出，保护零件表面，防止划伤；检查零件表面有无严重滑移线、粗晶产生；检查零件表面是否存在严重的凸、凹坑及严重划伤；检查零件与工装贴合间隙，无明显间隙；

S6.铣切

在实际加工工件前，首先通过试运行来确认机床的动作状态；通过吊车先将铣切工装水平放置在平台上，同时保证铣切工装X轴方向与五坐标铣床X轴夹角小，方便后续的微量调整；通过百分表和红宝石测头精确测量铣切工装的X、Y、Z与加工坐标原点，并通过工人手工微量调整工装姿态；通过压板将铣切夹具与铣切平台固定安装；

在实际进行加工之前，在自动运行下检查所编程序能否按需要操作机器；将待加工零件毛料通过绑带勒紧或真空吸附紧密固定贴合在铣切工装表面；零件毛料四周部位用铣切工装上的压板固定；拉直找正坐标系，使得机床的坐标系与编程坐标系重合；

选择程序运行数控铣切程序；清理铣切夹具和机床平台表面铝屑；卸载压板压紧力，从铣切夹具上取下零件。

2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，所述S2中，根据零件的铣切深度计算化铣时间，公式为：

t＝h/v

式中：t为化学铣切时间，min；h为铣切深度，mm；v为腐蚀速率，mm/min/单面。

3.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述S3中，零件拉伸过程中控制拉伸吨位保证拉伸率不超过6％并使用木榔头或橡皮打板敲击零件表面。

4.根据权利要求1或2所述的加工方法，其特征在于，所述S5中，首次加工合格零件后，将加压轨迹保存记录，用于后续零件成形使用。

5.根据权利要求3所述的加工方法，其特征在于，所述S5中，首次加工合格零件后，将加压轨迹保存记录，用于后续零件成形使用。

6.根据权利要求1、2或5所述的加工方法，其特征在于，所述S6中，确认机床的动作状态包括：使用单程序段、进给速度倍率、机床锁住功能或没有安装刀具和工件时的空载运转。