王 偉 劉澤幫 牛麗娜

摘 要：隨著相關(guān)化銑技術(shù)的進(jìn)步，人工刻型已逐漸被激光自動(dòng)刻型所取代，一方面極大地解放了勞動(dòng)力，另一方面，對(duì)局部化銑外形的掌握更加精準(zhǔn)，相對(duì)的尺寸誤差越小。但是激光刻型具有一定的局限性，主要是針對(duì)被刻型零件的尺寸有一定的限制，因此，如何在固定規(guī)格尺寸下最大限度的開(kāi)發(fā)激光刻型的潛力，改變零件一次刻型數(shù)量，通過(guò)多種手段進(jìn)行所謂的“拼盤(pán)”加工，無(wú)疑是最為方便的一種。

關(guān)鍵詞：套裁；刻型；變形量；集中化銑；“拼盤(pán)”加工

1、概述

化銑工藝以減重為目的，同時(shí)要保證零件的結(jié)構(gòu)性及功能性，多用于航空航天業(yè)，因此大多數(shù)采用化銑減重的零件均為局部化銑，即將零件表面分為各種厚度的規(guī)格，依次通過(guò)化銑浸蝕液進(jìn)行腐蝕，將不需要的部分進(jìn)行腐蝕去除，最終在零件表面形成具有梯度薄厚的區(qū)域，以達(dá)到減重的需要。而在腐蝕之前，需要將不需去除的部分采用保護(hù)膠進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)依次剝落保護(hù)膠來(lái)腐蝕需要的部分，在整個(gè)過(guò)程中，最重要的就是刻型。通過(guò)在保護(hù)膠上的刻型，來(lái)確定是否需要腐蝕和腐蝕的程度，進(jìn)而經(jīng)過(guò)在浸蝕液中浸泡的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)不同厚度的目的。

傳統(tǒng)的刻型主要是由操作人員手工完成，通過(guò)在零件表面覆蓋上一個(gè)與零件大小相同的模具，在模具在標(biāo)注出需要化銑腐蝕的區(qū)域（鏤空），操作人員利用尖銳的器具在保護(hù)膠上依照鏤空的模具進(jìn)行劃線、連線等，在進(jìn)行化銑前，沿著保護(hù)膠上的連線將保護(hù)膠剝落，露出零件基體，隨后進(jìn)行化銑浸泡腐蝕?？梢哉f(shuō)，刻型是否正確精準(zhǔn)決定了化銑零件的最終質(zhì)量程度。但是手工刻型存在明顯的缺點(diǎn)，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大，劃線連線過(guò)程復(fù)雜容易出錯(cuò)且連接處常常出現(xiàn)接茬，導(dǎo)致后續(xù)的零件表面化銑邊緣出現(xiàn)偏差，需要打磨返工使其光滑過(guò)度?；谝陨弦螅詣?dòng)的刻型技術(shù)已逐漸成為化銑工藝中的重要部分。

2、技術(shù)改進(jìn)的思路

目前自動(dòng)的激光刻型技術(shù)成熟，在航空航天行業(yè)的化銑零件刻型上已廣泛應(yīng)用。但因激光刻型機(jī)床配套的柔性立柱之間有間隔要求，對(duì)于小尺寸的零件化銑蒙皮限制較大，通常由于零件尺寸過(guò)小而無(wú)法裝夾定位，因此在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，小尺寸零件尚未采用激光刻型。

盡管現(xiàn)階段并未實(shí)現(xiàn)小尺寸零件的激光刻型，但這部分零件的數(shù)量較大，同一批次性相對(duì)較多，若一直采用手工刻型，則嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率。因此結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際以及激光刻型機(jī)柔性立柱之間的間隔要求，通過(guò)采用“集成套裁”的方式，將同類(lèi)型或同一小尺寸零件拼接起來(lái)，成為一項(xiàng)較大尺寸的零件，即可以將成批的小尺寸零件集合成大尺寸單一零件進(jìn)行整體激光刻型，而后采用整體化銑，整個(gè)流程結(jié)束后，再按照外形輪廓將其切割成型。這樣的操作方法使原有的加工流程縮短，減少工序，同時(shí)節(jié)省物料。

3、“集成套裁”的生產(chǎn)驗(yàn)證

3.1 “集成套裁”的生產(chǎn)原則

鑒于零件的尺寸小，采用“套裁思想”進(jìn)行優(yōu)化工序，最簡(jiǎn)單的就是使用同一項(xiàng)零件，多數(shù)量的集合在一起，或者采用同一類(lèi)型的零件，即同材料、同化銑厚度的小型零件進(jìn)行 “集成”，形成較大尺寸的零件，來(lái)滿(mǎn)足激光刻型機(jī)柔性立柱之間的間隔要求。由此可以改善平板小零件刻線質(zhì)量，提高平板小零件化銑效率。

3.2 “集成套裁”的方案制定

3.2.1 排版建模

選取某典型件進(jìn)行驗(yàn)證，考慮其蒙皮采購(gòu)寬度的限制，故采用尺寸為1220×1220（mm）的毛料尺寸進(jìn)行排版建模，排版見(jiàn)圖1。排版時(shí)要考慮材料侵蝕比對(duì)零件間隔的要求，再加上最終完成后方便切割為宜，同時(shí)數(shù)量的排布要符合經(jīng)濟(jì)效益，即最大量化。

以圖1為模板，編制激光刻型程序，將需要套裁零件的數(shù)量、位置統(tǒng)一，將其看做一個(gè)整體，原本的零件當(dāng)做其中的化銑區(qū)域，以此進(jìn)行刻線編程（如圖2）。

3.2.2激光刻型及集成零件化銑

建模完成后，對(duì)集成的零件完成保護(hù)膠的涂覆，固化后利用激光刻型將原小尺寸零件的化銑區(qū)域進(jìn)行刻型。在化學(xué)腐蝕前，對(duì)多次腐蝕的區(qū)域刷涂密封劑進(jìn)行保護(hù)刻線區(qū)域（圖3），防止浸蝕液滲入造成漏蝕。在需要化銑的區(qū)域?qū)⒈Ｗo(hù)膠剝落，進(jìn)而裝掛在零件裝掛架上，利用電火花測(cè)漏儀進(jìn)行漏點(diǎn)檢測(cè)。

圖3 集成零件刷密封劑及裝掛零件

圖4 對(duì)集成進(jìn)行電火花測(cè)漏和補(bǔ)漏

3.2.3 完成外形切割

完成化銑的零件如圖5所示，在經(jīng)過(guò)后期的加工處理，如制孔、確定外形線（圖6）等，逐漸完成單個(gè)零件的成形（圖7）。從某種意義上說(shuō)，對(duì)于小零件的制作流程上也具有一定的促進(jìn)作用，可統(tǒng)一地一次完成制孔要求，避免零件先成形，后續(xù)在單個(gè)零件逐一制孔，節(jié)約了大量的工序時(shí)間，提高了整個(gè)零件的加工效率。

圖5 化銑后狀態(tài) 圖6后續(xù)加工工序 圖7零件成品

4、結(jié)論

采取套裁思想，將無(wú)法進(jìn)行激光刻型的平板小零件集成為一塊大的蒙皮，進(jìn)行整體噴膠、整體刻型、整體化銑，從成本和效率上都有了大幅度的提升。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，典型件下料尺寸為210mm×164mm，套裁整體下料尺寸為1220mm×1220mm，若排布72個(gè)小零件，則72個(gè)生產(chǎn)件需要材料210×164/1000000=2.48㎡，套裁只需要1220×1220/1000000=1.488㎡，故節(jié)省原材料40%。與此同時(shí)，零件整體裝掛采用兩根鐵絲需要8min，72件小零件每件需要一根鐵絲固定，每件至少需要4 min。由此可節(jié)省7小時(shí)。此外該零件化銑深度達(dá)3mm，為了避免零件化銑的區(qū)域不均勻，中間需要將零件翻轉(zhuǎn)，整體零件翻轉(zhuǎn)重新裝掛需要10 min，小零件每件需要5 min。對(duì)比下來(lái)，節(jié)省的時(shí)間大約為6小時(shí)。

但是，由于激光刻型機(jī)柔性排架X軸最小距離為500mm，Y軸最小距離為230mm。故目前來(lái)說(shuō)，選取 “集成套裁”的零件具有一定的限制條件（平板零件，且集合的尺寸最小為1000mm×1000mm）。本文所選取的典型件按照零件外形要求，將化銑區(qū)域的間隔作為零件的一部分，因此在保證侵蝕比的情況下，間隔略寬。同時(shí)，最終零件的切割區(qū)域部分位于化銑區(qū)內(nèi)，即切割時(shí)，厚度不等，適用于機(jī)械切割，人工切割則不建議采取此布局方案，有可能會(huì)對(duì)最終的外形尺寸造成不良影響。

5、展望

綜上所述，采用零件“集成套裁”的生產(chǎn)流程十分有效，也十分必要。但是，對(duì)于大部分零件來(lái)說(shuō)，仍有尚未攻克的問(wèn)題，如化銑時(shí)零件的變形問(wèn)題，零件本身具有單雙曲度時(shí)應(yīng)該如何進(jìn)行等等。這些都需要零件在整個(gè)加工流程中通盤(pán)考慮，不僅僅只針對(duì)化銑工藝進(jìn)行單一的改變，需要零件在前期加工（拉伸、滾彎）以及后續(xù)成形（制孔、切邊等）中進(jìn)行不同程度的變化才能最終實(shí)現(xiàn) “集成套裁”的生產(chǎn)模式。