浅谈蜂窝芯零件的数控加工

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1、浅谈蜂窝芯零件的数控加工BriefAnalysisonDigitalManufacturingofHoneycombCoreParts中航工业西安飞机工业(集团)有限责任公司张菊霞田卫张菊霞毕业于华北航天工业学院机械设备与制造专业。从事铝合金等金属零件的数控加工10年。现主要从事各种复合材料零件的数控加工。随着材料科学、制造技术的蓬勃发展，复合材料零件由于具有重量轻、韧性好、强度高等优点，在能源、建筑、航空、航天、船舶等领域中被广泛地应用，在飞机制造业中的应用尤为突出。复合材料应用的多少已经蜂窝芯可以制成各种形状的零

2、件，其夹层结构的刚性使得它在要求结构扰度小且重量最轻的应用方面十分吸引人，例如飞机机头雷达罩、机翼前缘和后缘面板、机身地板等，这就对蜂窝芯的数控加工提出了更高的要求。成为飞机先进程度的重要标志。常用的碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等复合材料零件分为层压类和夹层类。其中夹层类零件是由2层薄的高强度板材作为面板(或称蒙皮)，由一层低密度材料作中间层(或称夹芯层)，通过胶粘剂使二者粘合成的一种层状结构【1】。夹层结构芯层的材料和结构形状有多种，航空上常用蜂窝结构和多孔的泡沫塑料。本文主要介绍蜂窝结构中蜂窝芯的数控加工。蜂窝芯可

3、以制成各种形状的零件，其夹层结构的刚性使得它在要求结构扰度小且重量最轻的应用方面十分吸引人，例如飞机机头雷达罩、机翼前缘和后缘面板、机身地板等嘲。这就对蜂窝芯的数控加工提出更高的要求。常见蜂窝芯类零件的结构和尺寸特点蜂窝芯是一种采用铝箔、织物或纸质材料(芳纶纸)等通过胶接加工的六边形或矩形格子形状的轻质芯材，铝箔或芳纶纸的厚度仅有约0．03—0．07ram，六边形格子的边长一般在2．5—14．7ram左右。蜂窝是轻质材料，质量的可设计范围较宽，变化蜂窝的格孔大小、壁厚和浸渍树脂的含量，可以得到不同密度的蜂窝。常用的蜂

4、窝芯有铝蜂窝芯和Nomex蜂窝芯。随着制造技术的飞速发展，蜂窝芯应用率的扩大，蜂窝芯零件的结构和尺寸也发生着很大的变化。飞机的蜂窝芯零件，按其型面特征不同分为平面类和复杂型面(楔形2010年第6期·航空制造技术87面和复杂型面)两大类。其中复杂型面类蜂窝芯零件使用得越来越多。1平面类平面类峰窝芯零件主要指两面均为斜平面的楔形零件或中间为平面、四周边缘为倒角的零件。等厚度蜂窝芯零件典型应用在中外翼后部上、下面蜂窝夹芯翼板和外翼后部上、下面蜂窝夹j芷：翼板等部位。2复杂型面楔形型面蜂窝芯零件(两面均为单曲面)，典型应用在

5、减速板、水平尾翼的调整补偿片后段蜂窝夹芯件等部位。复杂型面蜂窝芯零件主要是两面均为大曲率双曲面、设计出各种形状的下陷和凸台等零件，其典型应用在飞机机翼后缘、扰流板、唇口等零件部位。以上2种结构蜂窝芯零件的尺寸大小不一。小的零件长宽仅有几十毫米，大的零件毛料需要由多块蜂窝芯拼接而成，比如波音747—8飞机内襟翼后缘中的楔形件，长约8m，宽约1m，厚度从70多mm过渡到lmm左右，毛料需要由4块蜂窝芯拼接而成。常用蜂窝芯零件的装夹和固持方法由于铣切刀具在切削时会对蜂窝施加向上的切削力，而蜂窝材料又不易固持，加工中易将蜂窝

6、带起。因此，蜂窝芯的装夹和固持是蜂窝数控铣切工艺特别重要的工序，固持剂的选择是否得当与同持牢同性、铣切表面质量以及生产效率有直接关系。加工蜂窝芯的工装一般有2种：一是加工等厚度的楔形零件，选用平板工装；二是加工复杂型面的蜂窝芯零件，选用型面工装。常用的固持方法有3种：聚乙二醇法、双面压敏胶带同持法和隔膜法。(1)聚乙二醇法。此方法仅适用铝蜂窝芯的加工。88航空制造技术·2010年第6期将待切的铝蜂窝芯定位在工装上，利用聚乙二醇在稍高温度下即可快速熔化和室温凝同特性，同持蜂窝芯。该方法固持容易，效果较好，适用于面积大、

7、加1二切削量大、铣切深度大的铝蜂窝芯的加工，但生产成本高，周期长，当切削温度较高时，易使聚乙二醇熔化，导致蜂窝芯与工装脱落，影响加工表面质量。(2)双面压敏胶带固持法。此方法仅适用于切削量小、铣切深度浅、面积小的铝蜂窝芯和Nomex纸蜂窝芯的加工。主要是利用双面压敏胶带将蜂窝芯定位在平板工装上。可使用电吹风吹热胶带，放好蜂窝芯后，上面均匀施加压力，粘贴好后立即数控加工。该方法固持方便，但固持力小且不可控，不宦于固持切削力大和铣切深度大的蜂窝芯的加工。(3)隔膜法。此方法适用于大型的铝蜂窝芯和Nomex纸蜂窝芯零件的加

8、工。采用塑料胶片或玻璃纤维增强塑料制成的隔膜，粘贴在需要铣切的对称面上，利用抽真空同定，铣切后去掉隔膜。这种方法粘贴隔膜费时、费事，但同持稳定、牢靠，可承受较大切削力。蜂窝芯类零件数控加工机床的选择加工蜂窝芯的数控机床有三坐标机床和五坐标机床。三坐标机床加工两面均为斜平面的楔形蜂窝芯零件，需两套工装完成加工；五坐标机床由于刀轴方向可以实现联动，