一种多孔相似蒙皮零件的制孔方法与流程

1.本发明涉及飞机蒙皮加工技术领域，具体涉及一种多孔相似蒙皮零件的制孔方法，常用于飞机蒙皮异形多孔、相似零件的加工作业中。


背景技术：

2.随着现代设计手段和加工方法的不断优化改进，飞机结构件逐步向轻量化、复杂化、整体化方向发展，在飞机结构件中出现了大量的零件相似、孔位多、孔位杂、钻孔表面不规整的复合材料蒙皮零件。此类零件常常存在相似件多、钻孔数量量大、孔位分布复杂、层层铺叠而成的复合材料加工工况恶劣、孔口质量差的问题。
3.实际应用中，采用钻头进行制孔时，对钻头的锋利程度和钻削参数的合理选择有着严苛的要求，但还是极易造成钻头在钻出蒙皮零件时将下层复合材料剥离而产生脱丝的问题，影响零件质量，因此，常常使用贴脱模布的方法来解决这个问题，脱模布贴附在零件的最外层，可有效减轻钻头对蒙皮零件最外层的损坏，较好的保证蒙皮零件的完整性。
4.实际应用中，蒙皮零件贴贴脱模布一般是采用不透明、黑色的碳纤维蒙皮材料，目前粘贴脱模布的方法是：先将零件工装钻孔部位密封条用水打湿，然后将零件放于工装上，用手一处一处去按压零件钻孔加工大致区域，然后取下零件，此时零件钻孔位置应有水渍，在水渍处粘贴脱模布即可，但孔数量多时，在粘贴过程中会有部分水渍晾干或在将密封条打湿过程中有部分孔打湿程度不够或部分晾干，无法判断孔位位置，导致漏贴情况，后续又需要重复上述步骤，且在多次装夹过程中，多次搬运，人工参与度提高，碳纤维材料掉落风险增加，碳纤维材料横向耐冲力差，一旦掉落，容易造成零件故障、甚至报废，碳纤维材料成本极高，造成极大的经济损失。但是，不使用脱模布，又极易导致制孔孔口脱丝，如图7所示，不符合加工要求。
5.由上述背景可知，这类复合材料蒙皮零件不管是否采用贴脱模布的方法，都将大量增加加工时间，影响交付进度。
6.国家知识产权局于2020年7月14日公开了一件申请号为“cn201810763532.9”的发明专利，公开了一种复合材料钻孔方法，包括以下步骤：模具准备：1)根据成型模具的定位孔大小，配备四氟棒，并将四氟棒处理成与定位孔相同的结构；2)将四氟棒插入定位孔内，并截断，四氟棒截断面高出模具工装面2mm～5mm；3)敲击高出模具工装面的四氟棒，使四氟棒与定位孔装配紧密；4)削平四氟棒高出部分，使四氟棒端部与模具工装面保持齐平；5)裁剪一块10mm
×
10mm的带胶脱模布贴在在模具安装面上覆盖四氟棒；带胶脱模布朝向胚料侧的一侧距定位孔外径不超过1mm；6)在脱模布上覆盖一层尺寸略小于脱模布的与胚料同树脂的玻璃布预浸料，并压实；
成型：在模具上放置好胚料，然后热压成型；钻孔：开模后，自成型材料远离四氟棒的一侧向另一侧钻进成孔；脱模。
7.上述文献公开了一种钻孔方法，操作过程中需要配备四氟棒，且需截断四氟棒，虽说解决了孔壁及孔边缘分层撕裂的问题，但是操作步骤繁杂，截断四氟棒过程中，又产生废屑等新问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种多孔相似蒙皮零件的制孔方法，保留了粘贴脱模布的方法，进而在粘贴脱模布的方法上进一步优化，结合现有3d打印技术，有效的解决贴脱模布困难的问题，粘贴效率高。
9.本发明通过下述技术方案实现：一种多孔相似蒙皮零件的制孔方法，包括以下步骤：a. 根据蒙皮零件的数字模型及需钻制的定位孔孔位信息，设计与蒙皮零件表面匹配的套孔工具的数据模型，并在套孔工具的数据模型上设计与定位孔匹配的避让孔，所述套孔工具的数据模型上还设有与蒙皮零件压紧孔匹配的压紧孔i，从而得到套孔工具的数字模型；b. 根据步骤a中套孔工具的数字模型，用3d打印机打印出套孔工具实物，将所述套孔工具紧密的覆盖于蒙皮零件表面，将套孔工具的压紧孔i与蒙皮零件的压紧孔匹配固定后，所述避让孔位置即为需钻制的定位孔位置；c. 再将脱模布的带胶一面面向零件，粘贴在避让孔内待制孔的部位；d. 将已粘贴脱模布的蒙皮零件放置于真空吸附工装上压紧后进行钻孔，钻孔后取下蒙皮零件并撕下脱模布，得到钻孔后的蒙皮零件。
10.进一步地，所述避让孔孔位与蒙皮零件加工孔孔位位置公差≤0.1，孔径公差为
±
0.1。
11.进一步地，所述套孔工具采用abs塑料材质制成。
12.进一步地，所述套孔工具采用不同于蒙皮零件颜色的abs塑料材质打印而成。
13.进一步地，所述相似结构蒙皮零件采用不同的颜色abs塑料材质打印成其配套的套孔工具，所述套孔工具厚度0.2~0.5mm。
14.进一步地，所述脱模布粘附强度28n/dm，延伸系数小于5
‰
，表面摩擦系数0.05
‑
0.1，耐温范围
‑
70℃~300℃。
15.本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：一、本发明中，通过利用蒙皮零件的数字模型及需钻孔的孔位信息，设计出套孔工具的数字模型，在根据加工需求，预留出合理空间的避让孔，再借助3d打印机，采用abs塑料材质打印出符合预期要求的套孔工具实物，用于蒙皮零件的辅助钻孔，本技术方案中的所述套孔工具可以和蒙皮零件紧密贴合，套孔工具设置的避让孔位准确；所述脱模布可以给层层铺叠而成的复合材料蒙皮零件底部以支撑，防止钻头在钻出蒙皮零件时将下层复合材
料剥离而产生脱丝，钻制后的孔能达到加工要求。
16.二、本发明中，所述避让孔是根据预先蒙皮零件的数字模型及需钻孔的孔位信息，通过catia软件按需要设计的避让孔位，从而设计出套孔工具的数字模型，再用3d打印机打印出的套孔工具实物，能保证孔位公差≤0.1，孔径公差为
±
0.1，进而可保证脱模布与钻孔位置一致，符合加工的要求。
17.三、本发明中，所述套孔工具采用abs塑料材质制成，一般设计成厚度0.2~0.5mm的套孔工具，这样的材料制得的套孔工具，重量轻且强度高，能较好地与零件型面贴合。
18.四、本发明中，所述套孔工具采用不同于零件颜色的abs塑料材质打印而成，根据颜色的差别让需钻孔的孔位明显易找。
19.五、本发明中，所述相似结构零件采用不同的颜色abs塑料材质打印成其配套的套孔工具，可以快速区分相似零件，解决蒙皮零件中相似零件较多，易混淆相似零件的问题，同一零件还可以使用同一套孔工具，提高制孔效率。
20.六、本发明中，所述脱模布表面光滑，脱模布粘附强度28n/dm，延伸系数小于5
‰
，表面摩擦系数0.05
‑
0.1，耐温范围
‑
70℃
‑
300℃，可以和真空吸附工装突出的密封条紧密贴合不漏气，且脱模布强度较大可以给层层铺叠而成的复合材料蒙皮零件底部以支撑，防止钻头在钻出蒙皮零件时将下层复合材料剥离而产生脱丝。
附图说明
21.图1为套孔工具与零件配合时的结构示意图。
22.图2是套孔工具通过压紧孔与零件固定的结构示意图。
23.图3是待制孔蒙皮零件左件。
24.图4是待制孔蒙皮零件左件。
25.图5是套孔工具与零件紧密贴合时的结构示意图。
26.图6是待制孔零件制得合格的未脱丝孔示意图。
27.图7是制得脱丝孔的示意图。
28.其中，1、蒙皮零件；2、套孔工具；3、定位孔；4、避让孔；5、压紧孔；6、压紧孔i；7、脱模布；8、脱丝孔；9、未脱丝孔。
具体实施方式
29.下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
30.实施例：本实施例以本公司针对一项曲率变化大的异形蒙皮零件1为例，涉及飞机蒙皮加工技术领域，对本发明进一步描述，现需在该异形蒙皮零件1上制孔，蒙皮零件1上钻制的孔一般为定位孔3，后续用于装配定位，碳纤维蒙皮位于飞机外形气动面，如果孔脱丝，脱丝部位型面会出现凸起，导致在装配过程中与飞机组装定位装置干涉，定位功能失效，且碳纤维蒙皮均分布与飞机气动外形面，钻孔位置脱丝，会降低飞机气动外形性能，影响飞机正常飞行。所以现需在异形蒙皮零件上制成未出现脱丝，且孔径、孔位符合要求的定位孔3。
31.该类异形蒙皮零件1有凹有凸，以某一组结构相似的蒙皮零件1为例，参照图3
‑
4，制孔数量50个，位置分布散，要求孔径均为φ3。
32.针对上述的多孔相似蒙皮零件1制孔，采用了一种新的方法，具体包括以下步骤：a.设计套孔工具2的数字模型：具体操作方法为：根据生产蒙皮零件1前一工序给出的零件表面模型数据，建立套孔工具2的数字模型，并在套孔工具2的数字模型上合理设计避让孔4孔位、大小，本实施例采用现有机床的自带catia软件中的“偏移加厚”操作，可以将任意一个面沿法线加厚到预期的厚度，精度可达0.01mm，满足加工公差要求，将避让孔4的孔径设为φ25
±
1；并在套孔工具2的数字模型上设计与蒙皮零件上的压紧孔5匹配的压紧孔i6，所述压紧孔i6分布在套孔工具2的周侧，所述压紧孔5与压紧孔i6的尺寸设为φ8；b. 根据步骤a中套孔工具2的数字模型，用3d打印机打印出套孔工具2实物，将所述套孔工具2紧密的覆盖于蒙皮零件1表面，将套孔工具2的压紧孔i6与蒙皮零件的压紧孔5匹配固定后，即实现套孔工具2的定位，参考图示2或5，所述套孔工具2上避让孔4φ25区域即为需钻制的定位孔3位置，如图1所示；c.再将脱模布7裁剪成φ20
±
1大小的小块脱模布，并将脱模布7的带胶一面面向零件，粘贴在避让孔4内待制孔的部位，参照图2；d.将已粘贴脱模布7的蒙皮零件放置于真空吸附工装上压紧后进行钻孔，钻孔后取下蒙皮零件1，并撕下脱模布7，得到钻孔后的蒙皮零件1。
33.使用套孔工具2全部贴脱模布7后钻孔全部合格示意图如图6所示。
34.采用这样的贴脱模布7方式，较于之前贴附一整块的脱模布7的方法，可尽量节约脱模布7的使用，明显的降低了加工制造成本。
35.进一步地，制作套孔工具2时，保证避让孔4孔位与蒙皮零件1加工孔孔位公差≤0.1，零件加工是根据零件上4个φ8压紧孔5定位装夹，套孔工具2上会开出与压紧孔5孔径孔位相同的压紧孔i6，孔位公差≤0.1，孔径公差为
±
0.1，根据此4孔位置可保证脱模布7覆盖在钻孔位置上方，套孔工具2上避让孔4的位置就是预期的制孔位置，从而保证钻制的孔在脱模布7的辅助下，不易出现脱丝孔。
36.进一步地，本技术方案中所述套孔工具2采用abs塑料材质制成，所述套孔工具2厚度0.5mm，可与零件型面紧密贴合。
37.实际使用时，所述套孔工具2厚度设计成0.2~0.5mm均可用，但是0.5mm的套孔工具2更便于移动和安装。
38.本技术方案中还有另一种优选方案，所述套孔工具2采用不同于零件颜色的abs塑料材质打印制成，根据颜色的差别让需钻孔的孔位明显易找。
39.进一步地，本技术方案中还有另一种优选方案，所述相似结构零件采用不同的颜色abs塑料材质打印成其配套的套孔工具2。这样的可快速区分相似零件，解决蒙皮零件中相似零件较多，易混淆相似零件的问题，同一零件还可以使用同一套孔工具2，提高制孔效率。
40.进一步地，所述脱模布7应该为采用优质的玻璃纤维及芳纶为基材编制成高强度的网状基布，再涂覆具有优良特性的铁氟龙树脂，制成铁氟龙网状烘房输送带的基布，厚度0.08mm，黏胶涂层0.05mm，延伸系数小于5
‰
，表面摩擦系数0.05~0.1，粘附强度（对钢）不小于28n/dm，抗拉强度1700n/dm，耐温范围
‑
70℃~300℃。一般对粘附强度（对钢）为28n/dm或略高于28n/dm即可。
41.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
42.采用本技术方案，对于零件相似、孔位多、孔位杂、钻孔表面不规整的复合材料蒙皮零件，可显著提高工作效率，比如某项制孔零件之前加工前准备时间需要1.5小时，改进后只需要0.5小时，准备时间缩短66.67％；以前该项零件报废率达到42％（根据文件脱丝总长度超过25mm报废），改进后制孔合格率达到98％，报废率降到0，明显减少零件报废率。
43.当然本技术方案也可用于其他相似零件中，特别是对制孔要求较高、需要贴脱膜布的制孔环境中。
44.以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。