復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件成形加工

◎岳景山

在飛機(jī)制造當(dāng)中，鈑金零件是不可或缺的重要材料，飛機(jī)生產(chǎn)零件中的七成左右都為鈑金零件。在鈑金件制造時(shí)需消耗15%左右的勞動(dòng)量，鈑金零件的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、種類繁多并且外擴(kuò)尺寸相對(duì)較大，鈑金件的加工質(zhì)量會(huì)對(duì)整個(gè)飛機(jī)的整體制造質(zhì)量產(chǎn)生影響，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)引入先進(jìn)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)確保加工工作的高效開(kāi)展。

一、鋁合金零件的問(wèn)題分析

以0.3mm 鋁合金材料為例，通過(guò)分析后對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，具體如下：

1.延展性差。

由于鋁合金材料相對(duì)較薄，因此其延展性并不高。

2.無(wú)法一次轉(zhuǎn)角成型。

轉(zhuǎn)角成形時(shí)難以一次完成，且轉(zhuǎn)角時(shí)會(huì)出現(xiàn)拉裂或起皺現(xiàn)象。

3.模具設(shè)計(jì)難度高。

由于模具設(shè)計(jì)不同，曲面加工位置也存在差異，因此，模具設(shè)計(jì)存在較高難度，會(huì)對(duì)零件加工的高效開(kāi)展產(chǎn)生影響。

4.加工成本高。

由于鈑金零件較為復(fù)雜，因此在三維曲面設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行多次工藝實(shí)驗(yàn)，因此加工成本相對(duì)較高，制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益難以有效提升。

5.焊接難度高。

鈑金零件焊接時(shí)需使超薄焊接加工方式進(jìn)行三維曲面的加工，因此焊接時(shí)難度較大，這會(huì)使工作量顯著增加，進(jìn)而降低加工效率。

二、鈑金零件成形的可行性分析

1.在鈑金件模型設(shè)計(jì)時(shí)可使用三維設(shè)計(jì)軟件，但在此過(guò)程中應(yīng)引用參數(shù)化命令，為在真正意義上促使另一個(gè)平面可在零件下面生產(chǎn)不許借助科學(xué)的手段實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型坐標(biāo)的建立。注意將其高度保持在距離地面1mm 的距離。在實(shí)際對(duì)相應(yīng)位置進(jìn)行設(shè)定時(shí)注意與軟件中航空鈑金設(shè)計(jì)模塊的有機(jī)結(jié)合。

2.可應(yīng)用CATIA 軟件進(jìn)行鈑金件厚度的分析，應(yīng)合理進(jìn)行加工材料的厚度選擇，并對(duì)零件材料的特性進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，進(jìn)而確保鈑金零件后續(xù)成形加工工作的開(kāi)展。在鈑金零件成形加工過(guò)程中，其厚度會(huì)與之前產(chǎn)生變化，且折彎拐角處的變化率將會(huì)持續(xù)增大，因此，在拐角處極易出現(xiàn)起皺問(wèn)題。

3. CATIA 軟件中能夠進(jìn)行成形性的應(yīng)力分布，通過(guò)應(yīng)力分布圖形，能夠得到，該零件具有比較大的應(yīng)力變化特性，零件應(yīng)力分布在58.3MPa-427.5MPa，其中，應(yīng)力變化則是在折彎拐角外呈現(xiàn)最大，能夠達(dá)到最大的427.5MPa。這種變化非常大的拐角點(diǎn)能夠看出，折彎拐角容易受到損壞。

4. 應(yīng)用CATIA 軟件還能實(shí)現(xiàn)零件的應(yīng)變分析，從結(jié)果中分析，可以看出，零件應(yīng)變具有比較大的變化，應(yīng)變從0.0168 變化至0.2345。同樣，最大的應(yīng)變則是出現(xiàn)在拐角位置，造成容易出現(xiàn)一定的起皺和拉裂的情況。

5. 運(yùn)用CATIA 軟件可實(shí)現(xiàn)鈑金零件的進(jìn)一步分析，通過(guò)分析展開(kāi)圖形可發(fā)現(xiàn)多處相交問(wèn)題，在CAE 軟件的應(yīng)用下，可將平面看不到的內(nèi)容進(jìn)行有效展現(xiàn)，可減少設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題的發(fā)生率。

三、零件的拆分與展開(kāi)成形

1.鈑金件的拆分。

（1）應(yīng)用CATIA 軟件可對(duì)鈑金零件的成形性進(jìn)行有效分析，可根據(jù)具體的情況將兩個(gè)加工零件拆分為兩個(gè)部分，一是曲面部分，二是平面部分，通過(guò)零件拆分可降低加工難度，進(jìn)而減少成形加工中拉裂問(wèn)題的發(fā)生率，也可避免起皺問(wèn)題的出現(xiàn)。

（2）在CATIA 軟件的支持下，可分析鈑金零件的應(yīng)力變化情況及厚度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)成形平面及曲面的設(shè)計(jì)分析。

2.鈑金件展開(kāi)成形。

應(yīng)對(duì)板料形狀進(jìn)行明確，確定其尺寸進(jìn)而確保鈑金件的有效展開(kāi)。如果采用傳統(tǒng)方式由人工進(jìn)行展開(kāi)成形，在人的經(jīng)驗(yàn)因素影響下，展開(kāi)成形存在的問(wèn)題有：展開(kāi)成形效率較低，且易出現(xiàn)錯(cuò)誤，需進(jìn)行多次試驗(yàn)；工作量高，展開(kāi)成形過(guò)程較為繁瑣；展開(kāi)成形的精度不高，展開(kāi)過(guò)程主要依賴經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，因此存在材料及人工成本浪費(fèi)的情況。然而在計(jì)算機(jī)輔助下，應(yīng)用CATIA 軟件進(jìn)行自動(dòng)化的鈑金模型展開(kāi)，可實(shí)現(xiàn)一維加工，通過(guò)對(duì)展開(kāi)后的形狀進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，可使鈑金件的加工精度更高，可有效降低加工失誤率。

3.整體成形與拆分成形對(duì)比結(jié)果。

鈑金件成形性分析之后，通過(guò)對(duì)比拆分成形及整體成形可發(fā)現(xiàn)，整體成形的鈑金零件的應(yīng)力情況以及厚度值都與加工材料的力學(xué)性能不相符，會(huì)導(dǎo)致曲面相關(guān)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

四、快速設(shè)計(jì)模具

利用三維設(shè)計(jì)軟件CATIA 中的模塊建模指令，能夠保證建立切合實(shí)際應(yīng)用的三維模型，同時(shí)，進(jìn)行三維坐標(biāo)確立，利用抽取體命令，能夠有效對(duì)于內(nèi)曲面、內(nèi)平面進(jìn)行零件抽取，使得三維模型隱藏化，通過(guò)曲面掃掠，能夠?qū)崿F(xiàn)得到相關(guān)處理后的曲面，保證其和抽取體能夠有效縫合處理，變成整體進(jìn)行處理。然后，平面建立在零件中，保持水平狀態(tài)，經(jīng)過(guò)拉伸操作，有效修剪成為模具成形，并且進(jìn)行定位處理。應(yīng)該在拉伸的基礎(chǔ)上，利用修剪體命令進(jìn)行有效修剪處理，要求實(shí)現(xiàn)目標(biāo)體和刀具體之間的剪切處理，根據(jù)實(shí)際生成凸模成形形狀，然后，通過(guò)拉伸命令中的求差操作，有效得到凸模模具。同樣，根據(jù)三維軟件，同樣可以得到相應(yīng)的上模模具，凹模模具。

五、鈑金零件的手工成形

通過(guò)手工方式，在上述基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)成形凸模、成形凹模，形成相關(guān)的零件的平面和曲面，有效地保證相應(yīng)的平面、曲線和三維建模具有高度一致性，在此之后，利用相關(guān)的坐標(biāo)檢測(cè)，能夠測(cè)出相應(yīng)的平面、曲面則是滿足于圖樣要求。

六、鈑金零件的焊接處理

在焊接處理鋁合金材料時(shí)，由于熱裂紋情況的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致鈑金零件出現(xiàn)裂縫，同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)金屬脆化或應(yīng)力開(kāi)裂等問(wèn)題。同時(shí)，在對(duì)材料進(jìn)行處理過(guò)程中，由于其導(dǎo)熱性較差，因此，會(huì)存在嚴(yán)重的焊接變形問(wèn)題，并且線膨脹系數(shù)也相對(duì)較高。因此，應(yīng)使用小電流并在短時(shí)間內(nèi)完成焊接，進(jìn)而降低焊接時(shí)的熱傳遞，以此提高焊接效果。

結(jié)語(yǔ)：應(yīng)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行復(fù)雜薄壁曲面鈑金零件的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程的一體化，有效利用智能化制造技術(shù)，節(jié)約產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)研發(fā)成本的有效降低，可減少制造過(guò)程中的出錯(cuò)率。