橡皮成形在某實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框成形模具設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用

陳驍 翁威 彭晶 段欣怡 張冉陽

摘 要：xx實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框制造的傳統(tǒng)鍛壓方式存在著諸多問題，產(chǎn)品周期長、成本高以及成型之后的零件相對(duì)不可靠因素較多，相比之下利用橡皮囊液壓成型技術(shù)來制造具有橡皮囊成形的過程中，零件變化相對(duì)均勻，能夠明顯減輕重量、降低零件數(shù)量等，而橡皮囊液壓成型所需要的模具與傳統(tǒng)的模具相比只需要半模，對(duì)設(shè)計(jì)人員來講是個(gè)新的挑戰(zhàn)，通過對(duì)CATIA的二次開發(fā)能夠很輕松地得到相應(yīng)的剛性半模。

關(guān)鍵詞：橡皮囊成型、模具設(shè)計(jì)及制造、橡皮囊液壓、CATIA二次開發(fā)

1 XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框與橡皮成型

飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)零件中，有約35%到50%的結(jié)構(gòu)零件為鈑金零件，而此類的鈑金零件，而此類鈑金零件的成形方式為彎曲、翻邊、壓延等機(jī)械沖壓、落壓等方式，而此類的成形方式會(huì)對(duì)零件本身造成較大的損害，人工的錘印、裂紋、壓痕等，在隨著橡皮成型的發(fā)展與運(yùn)用，使用橡皮成型來對(duì)隔框類零件進(jìn)行加工已占到約為50%，在零件進(jìn)行凸翻邊的時(shí)候，常常會(huì)發(fā)生起皺，為了減少這一類起皺所帶來的影響，需要測(cè)壓塊進(jìn)行側(cè)壓，通常還要計(jì)算極限翻邊高度，如下：

2 橡皮囊液壓成型工作原理

橡皮成形是利用橡皮做通用上摸，在壓力作用下將板料包貼在剛性下模上成形（橡皮成形設(shè)備見圖1）。由于其具有生產(chǎn)效率高、模具結(jié)構(gòu)簡單（只需要凸?；虬寄＃┖统尚伪砻尜|(zhì)量好，而且能夠有效地減少修模時(shí)間、降低模具制造費(fèi)用，在航空航天框肋等輕合金鈑金零件成形中得到了廣泛的應(yīng)用。

一、橡皮囊液壓成型的意義及其研究現(xiàn)狀

橡皮墊成形具有生產(chǎn)效率高、模具結(jié)構(gòu)簡單（只需要凸?；虬寄＃┖统尚伪砻尜|(zhì)量好，而且能夠有效地減少修模時(shí)間、降低模具制造費(fèi)用，在航空航天框肋等輕合金鈑金零件成形中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，模具的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和成形工藝參數(shù)的合理性很大程度上決定了XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框零件的成形質(zhì)量，關(guān)乎到飛機(jī)的理論外形和安全性，進(jìn)而影響了飛機(jī)機(jī)身裝配的準(zhǔn)確度、服役性能和使用壽命。該研究對(duì)發(fā)展復(fù)雜薄壁件橡皮成形先進(jìn)理論與技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和教學(xué)應(yīng)用價(jià)值。

目前橡皮成型技術(shù)已經(jīng)逐漸被世界各大航空工廠所采用，橡皮成型技術(shù)吸引越來越多的國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入的理論性研究和試驗(yàn)性研究，并得到了一定的成果。

上世紀(jì)40年代，我國航空航天工廠就開始采用橡皮液壓成型的工藝方法，其中35%-45%的零件采用的都是橡皮囊液壓式的成型工藝，并且采用橡皮成型技術(shù)制造的零件有進(jìn)一步增多的趨勢(shì)，但是這種工藝受到液壓設(shè)備的工作能力限制，在當(dāng)時(shí)的條件下，液壓成型機(jī)產(chǎn)生的壓力大多在40MPa左右。由于單位壓力小，導(dǎo)致橡皮成型后的工件需要手工進(jìn)行校形，工作量很高，占到總工時(shí)的50%左右，占掉了一半零件總工時(shí)，而且在人工校形時(shí)零件表面還會(huì)殘留大量的錘印，大大降低了零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命[1]。

目前國內(nèi)主要都是航空制造廠和航空航天研究院在研究橡皮液壓成形技術(shù)。中航工業(yè)成飛的戴美云與張和興分析了橡皮成型產(chǎn)生的缺陷，并提出橡皮液壓成型主要存在有裂紋、回彈、起皺等一系列缺陷，對(duì)這些缺陷逐一進(jìn)行分析，提出了預(yù)防措施并且應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中。

南京航空航天大學(xué)的王巖、安魯陵已經(jīng)對(duì)CATIA進(jìn)行二次程序開發(fā)，CATIA是一款功能及其強(qiáng)大的作圖軟件，它提供的許多對(duì)外開放的端口供使用者按照自己的需求進(jìn)行功能定制。CATIA開發(fā)系統(tǒng)分為兩種，一種為“宏”，另一種則為CAA，其中“宏”是以腳本語言序列編寫的函數(shù)指令序列，其本身的開發(fā)方式就有一定的局限性，而CAA不同，最終生成的是一個(gè)可執(zhí)行文件，并且改可執(zhí)行文件包含了各個(gè)類的關(guān)系;而面向組建編程而言，各個(gè)模塊是相互交互并且也是相互獨(dú)立的，而其獨(dú)立性可以可以使得用戶不用了解其工作原理。由于CAA具備上述的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以基于CAA對(duì)CATIA進(jìn)行二次操作，開發(fā)了鈑金模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)[2] 。

該鈑金模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為了三個(gè)大的板塊，分別為模具工作部分生成、模具建模參數(shù)化及設(shè)計(jì)模具工程圖板塊，如圖所示

設(shè)計(jì)流程：（1） 導(dǎo)入產(chǎn)品曲面;（2） 對(duì)曲面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，并逐一將檢測(cè)出的缺陷予以修復(fù);（3） 將已修復(fù)的曲面邊界向外整體延拓（對(duì)于存在缺角或彎邊的鈑金曲面，需要利用本文所開發(fā)的缺角修復(fù)功能修復(fù)為展開后無凹陷特征的曲面）;（4） 利用 CATIA 零件模塊的拉深、鏡像、分割等操作完成模具凹凸模及壓邊圈的建模;（5）調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫內(nèi)的各類參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件完成模具模架的快速裝配;（6） 利用三維模型屬性管理工具對(duì)模具各個(gè)零部件的三維屬性進(jìn)行定義;（7） 通過 CATIA 工程圖功能生成實(shí)體模型的二維圖紙，并利用工程圖繪圖環(huán)境初始化工具對(duì)標(biāo)題欄、圖幅、放置方式等進(jìn)行初始化;（8） 基于之前三維模型屬性管理工具設(shè)定的三維模型屬性，利用本文所開發(fā)的明細(xì)表自動(dòng)生成工具生成模具明細(xì)表，完成模具工程圖出圖工作[2]。

總結(jié)：橡皮囊液壓成型技術(shù)，不管在國內(nèi)還是在國外，都已經(jīng)得到了較為寬泛的運(yùn)用，然而此種類型的設(shè)計(jì)剛性半模，對(duì)于不少設(shè)計(jì)師來說是一種挑戰(zhàn)，基于此類開發(fā)軟件，我們只需要輸入我們想要設(shè)計(jì)的圖紙的參數(shù)即可得到相應(yīng)的橡皮囊剛性半模，橡皮囊成形模雖然總體結(jié)構(gòu)較為簡單，但是這一類型的表面是對(duì)形狀精度以及在表面的質(zhì)量要求較高，對(duì)于工程設(shè)計(jì)師來說，這需要熟練地掌握制圖軟件，才能準(zhǔn)確地完成一系列產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì)，但對(duì)CATIA進(jìn)行二次開發(fā)，就能讓企業(yè)快速得到所需要的模具，極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率以及減少了不必要的人力浪費(fèi)

參考文獻(xiàn)：

[1]王福東. 大曲率凸彎邊零件橡皮囊液壓成形工藝研究[D]. 南京航空航天大學(xué)， 2011.

[2]王巖. 鈑金模具快速設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)[D]. 南京航空航天大學(xué)， 2015.

[3]張凌云 李鵬. 基于CATIA的橡皮囊成形零件的特征提取[D]. 機(jī)械工程師， 2015.

項(xiàng)目基金：南昌航空大學(xué)2020年第十五屆“三小”項(xiàng)目“XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框成形模具設(shè)計(jì)及制造”（項(xiàng)目編號(hào)：2020HZ132）

（南昌航空大學(xué)，江西 南昌 330036）