[发明专利]薄壁蜂窝芯材曲线加工型面的加工方法

说明书

本发明公开的一种薄壁蜂窝芯材曲线加工型面的加工方法，旨在提供一种铣削效率高，能够延长蜂窝专用组合式铣刀寿命的蜂窝加工方法，本发明通过下述技术方案予以实现：在蜂窝加工前期双面胶带固持状态好时，换用带有圆锥盘回片铣刀的蜂窝专用组合铣切刀具进行切削，改变蜂窝专用组合铣切刀具的旋转方向，通过高速旋转进给30°～45°楔角的圆锥盘回片铣刀进行切割粗加工，按刀具旋转方向的逆时针刀具旋转方式，逆时针旋转对蜂窝薄边区域①施加向下的压力，将蜂窝底部切削轮廓最薄的蜂窝薄边容易被拉起铣伤的部分先加工完，待NOMEX蜂窝零件毛坯蜂窝薄边区域①加工完后，逐层向厚边区域切削轮廓的②～⑥厚度方向顺序梯度加工，再加工其它部分。

技术领域

本发明涉及一种机械领域蜂窝芯材Nomex蜂窝零件的加工制造工艺，尤其是薄壁芳纶纸基蜂窝芯的加工方法。

技术背景

蜂窝材料作为一种多孔材料与实体材料有着很大的区别，它的力学性能除了依赖于基体材料本身的性能，更取决于蜂窝材料微观孔隙、蜂窝孔格形状的几何拓扑结构。局部特征单元的结构参数影响着蜂窝宏观力学性能，不同胞元的蜂窝芯材有着不同的性能。在飞机结构中芯材通常使用铝蜂窝泡沫或玻璃布夹芯，其蜂窝具有压缩模量高和重量轻的优点，它们是飞机结构广泛使用的夹芯材料。蜂窝夹芯或蜂窝芯材是用浸渍树脂胶液改性环氧胶黏剂或改性酚醛胶黏剂等为胶接材料的片材,如纸、玻璃布、金属箔等做成蜂窝状，作为夹层结构的轻质芯材，其结构参数主要是边长、壁厚、蜂窝高度及容量。尽管早期作为蜂窝夹层夹芯的铝合金夹芯、玻璃布夹芯等蜂窝夹层结构在性能上比金属板金结构有突出的优点，铝合金夹芯、玻璃布夹芯等蜂窝夹芯材料在使用过程中仍然存在一系列的问题：铝蜂窝芯力学性能好、耐久性好、导热、工艺成熟但复杂，与碳纤维复合材料面板直接接触时会出现电化学腐蚀，刚性的铝合金蜂窝与复合材料面板胶结起来困难，机械加工对面板和蜂窝芯的加工精度要求高、工艺复杂。铝合金蜂窝与作为面板的玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料的热膨胀系数相差较大，薄壁蜂窝铝芯在深度，对边距不同时受共面载荷作用下的应力强度小，制造和使用过程中在热应力的作用下容易造成开裂、变形和扭曲等现象。铝合金蜂窝与碳纤维复合材料面板直接胶结接触，还会出现电化学腐蚀现象。玻璃布夹芯也因工艺复杂而限制了其应用。随着航空工业的发展以及对飞机性能提高的需要，在军、民机结构设计中，越来越多地采用了新材料、新技术，复合材料结构的设计技术就是其中的一种。根据国外文献报道， 在Ａ380飞机设计中复合材料约占25％的比例，波音787飞机复合材料的应用率已经达到总重量的50%的比例。机上大型的翼盒壁板、蒙皮、固定前后缘、中央翼、内外襟翼、各种各样形状的长桁、梁、肋等Nomex蜂窝零件均可被设计为复合材料Nomex蜂窝零件。纸基蜂窝芯的应用已经不只局限于襟翼、前缘、后缘、方向舵整流罩尾翼等结构件上，这些蜂窝零件多采用波纹型、正方形、三角形、四边形、正六边形、圆形等多种形态的碳纤维、芳纶纤维、蜂窝芯等材料，在种类众多的复合材料结构中，夹芯结构是较为常见的一种，它由两侧面板及中间的夹芯材料组成。而由芳纶纸基叠块经过拉伸成型后，浸涂符合要求的酚醛树脂而得到具有特定蜂格尺寸和形状夹芯材料的纸基芳纶Nomex蜂窝芯就是该结构中常用的一种芯材。芳纶纸蜂窝芯作为一种多孔结构材料具有质量小、比强度高、比刚度高、比刚度一般为钢的9倍，耐腐蚀、抗冲击，在相同的密度下，Nomex蜂窝芯材料的压缩强度和剪切强度与玻璃布蜂窝相当，并且有较高的韧性和冲击性，因其良好的自熄性、优异的隔绝性等优良性能，被广泛应用。Nomex纸基蜂窝由于密封空气体积大，具有较高的比强度和比刚度，以及空气的隔热、隔音性能优于任何固体材料，在飞机的襟翼、前缘、后缘、方向舵、尾翼，卫星的整流罩等部位有着大量应用。由于具有隔音、隔热和自熄性能等性能，在飞机、舰船、高速列车的内壁板、装饰板、行李架等应用广泛。由于具有优良的透电磁波特性，在飞机雷达罩和雷达天线等部件得到应用。随着Nomex纸基蜂窝夹层结构的广泛而深入应用，目前正逐渐取代铝蜂窝夹层板。Nomex蜂窝夹芯Nomex蜂窝零件的加工与固持现状Nomex蜂窝具有一系列优点的同时，也伴随着一个重要的缺点：由于Nomex蜂窝是一种薄壁多孔结构，壁厚仅为0.06～0.1mm，孔格的边长一般在2-5mm之间，使得蜂窝在沿着孔格轴向具有很高的强度，而在面内的等效强度很小。由于受力无方向性，在很小的面内力的作用下就会产生很大的变形，甚至被压溃，因此Nomex等纸基蜂窝材料，不能采用传统的实体工件通过夹持实现固定的方法。蜂窝结构主要由面板、蜂窝芯和胶结剂组成,蜂窝芯材料是由具有重量轻、密度小、比强度比刚度高，具有良好的自熄性能，优异的绝缘性能，优良的化学特性的聚芳酰胺纤维制成的纸基蜂窝芯。很多Nomex蜂窝芯零件均为由两种或多种不同密度的蜂窝芯组成，且蜂窝芯理论外形采用双向铺层结构且其铺层界线为复合材料蒙皮的位置线，铺层台阶面安排在理论型面上，铺层区域不规则交叉，铺层之间的过渡区域及其特征尺寸非常小，结构较为复杂。其典型结构是上下两层面板之间夹蜂窝芯,由胶粘剂粘接并经过压、拉、热合等加工方法复合而成。面板材料主要有玻璃纤维、Kevlar纤维、碳纤维等复合材料和各种金属。由于蜂窝芯的外形及轮廓要配合部件外形，生产中通常会对蜂窝芯进行机械加工，在实际应用中需进行大量铣削、钻削等切削加工。由于切削加工中易产生毛刺、拉丝、分层等现象，且刀具磨损严重，而蜂窝板的切削加工质量又直接决定了蜂窝板的整体性能，属于典型的难加工材料。