小議航空鈑金工裝的實踐

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本文作者：肖利李雪工作單位：中航工業沈陽飛機工業(集團)有限公司

航空飯金工裝數字化設計制造技術

與其他加工制造方法相比,飯金件的數字化設計制造有自身的特點。飯金件并非一次成形,它的制造過程包括多個工序,因此飯金件的數字化定義不僅包括零件本身的定義,更包括工序件的定義和優化。為了保證制造精度,必須根據零件形狀、成形工藝、材料特性等進行成形過程中工藝數模的定義,作為工序間的制造依據和檢測依據。其次,飯金件成形是塑性變形過程,無法完全定量控制。再次,飯金成形過程中需控制的主要是成形力、溫度等工藝過程參數,而非坐標等幾何參數,控制難度更大。由于材料性能的不穩定性和隨機性,使工藝參數設計和成形過程精確控制十分困難。因此必須從成形工藝開始直至工裝模具試壓交付整個過程進行研究,形成飯金件數字化設計制造的解決方案,建立飯金的數字化設計制造體系。飯金數字化設計制造包括工藝數字化設計、數字化工藝數模(即制造模型)、工裝數字化設計、工裝模具數字化制造等內容,這些內容以產品數模庫、產品工藝數據庫、工藝數模庫、模具設計知識庫、標準件庫、成形分析/仿真庫等共享數據為支撐,通過數據接口與相關部門進行數據交換,由數據管理系統進行管理,進行系統集成,實現并行設計制造,從而提高飯金模具設計質量,縮短制造周期。飯金的數字化設計制造技術工藝設計和制造模型的定義是核心,應該進行以下方面的工作:建立企業共享數據庫。飯金件設計是典型的知識需求密集的過程。企業在以往的制造過程中積累了大量關于飯金材料性能數據、典型流程、工藝參數等經驗及試驗數據,這些數據轉化為共享知識,建立模具工藝知識數據庫,有助于提高飯金工藝設計的效率和成形質量。此外還有模具設計知識數據庫、模具數字化分析數據庫等。研究飯金件制造模型定義方法,建立毛坯和工藝模型的專用計算工具,為工裝設計、工藝參數設計、數控編程等提供數據源,以滿足零件精密成形的需要。圖1中,成形模具的外形制造依據為制造模型中的成形工藝模型而不是零件原始數模。成形工藝模型考慮了零件的回彈等因素,對型面和尺寸進行了合理的預修正。以制造模型為框肋零件橡皮囊液壓成形工藝過程的數據源,改變了反復試錯的制造方式,簡化了模具設計的工作,減少了人為不確定因素的影響,提高了模具設計的效率,同時可保證零件成形后的精度,提高零件制造的質量,實現零件的精密、快速和低成本的制造。圖1框類零件橡皮囊液爪成形過程飛機蒙皮柔性工裝是數字化制造的一個典型案例。圖2所示是一種柔性多點吸盤式夾持工裝系統,采用數字量傳遞的蒙皮制造技術,與工藝數字化和數控設備結合很容易實現蒙皮零件的數字化生產,使工裝制造周期大幅減少,生產效率顯著提高。模具外形調整在10分鐘之內可以完成,對于多品種小批量蒙皮零件的生產具有獨特優勢。國內北京航空制造工程研究所已經開展了這方面的工作5:。

國內航空公司的飯金工裝數字化設計制造

國內航空公司在民機轉包項目中通過與波音公司的合作,也逐漸開始了數字化技術的應用。配置了以CATIA軟件系統為主導的三維CAD/CAM系統,實現了產品和工裝的數字化設計,模具的數字化制造也已經開展多年。飯金工裝的設計流程如圖3所示,工裝設計部門接到設計任務后,提取零件數字模型作為設計依據,圖紙歸檔后,提交工裝數字模型作為模具制造依據,模具制造部門以工裝模具數字模型為依據進行數控加工。整個過程中數據模型作為設計、制造的唯一依據。題。比如工藝數模數據庫。在飯金設計模型到零件最終形狀的成形過程中,由于材料性能以及回彈等因素,成形飯金的模具形狀與設計的零件最終形狀存在一定偏差。飯金件設計模型準確描述了最終形狀和尺寸,但未考慮飯金件工藝過程的中間狀態,缺乏設計到制造的過渡。現在的飯金設計還無法依據產品數據模型和工藝設計提供制造用數字模型(即工藝數模),飯金設計使用的依然是設計模型,導致飯金件成形回彈后需要輔助工序進行修正,影響了飯金件質量的進一步提高,也影響到飯金件的制造效率。需要對各種材料進行進一步研究,通過仿真分析,在產品數模基礎上建立工藝數模,為模具設計和數字化檢測服務。再比如模具設計知識庫。飯金件及其成形工藝的種類繁多、成形過程的多因素性決定了飯金件在設計制造過程中依賴于在長期實踐中積累的經驗知識,這些經驗知識以及各種成形工藝參數知識、各類模具的設計知識等都是模具設計的重要資源,知識庫的建立有助于模具設計質量和效率的提高。在質量控制方面。目前飛機質量控制方法落后于制造技術發展,人員隊伍素質和能力與當前數字化制造技術深人應用不匹配。檢測手段不夠先進,除數控加工的結構件采用數控測量機檢測外,其他零件和裝配件基本上仍依賴于工裝進行手工檢測,精度和準確度難以滿足客戶要求。模具的數控制造中,高速加工、復合加工、快速原型制造和制模技術等還需要開展研究。

圖3國內航空公司飯金模具設計制造流程但是在飯金設計制造過程中還存在一些問B一777實現了全球第一個全機數字樣機,在55個月內完成了研制到交付使用;JSF聯合攻擊戰斗機是第一個基于全球虛擬企業制造的飛機項目,代表了數字化制造的最高水平。這都證明了數字化設計制造技術的生命力。伴隨民機轉包生產和產品型號研制,國內數字化制造技術有了較大的發展,已經全面開展三維數字化設計和虛擬裝配,形成了全機級和部件級的數字樣機,在產品數據管理、工藝設計和工裝設計制造已經基本實現了數字化技術。具體就模具設計制造而言,只是在設計和制造上實現了一些突破,初步建立了飯金工裝的數字化設計流程;對于飯金工裝的數字化系統而言,在工藝數模設計、知識數據庫的建立、模具數字化分析與仿真、模具數字化制造仿真還有很多工作要做。