（成都飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，成都 610031）

0 引言

柔性化制造意味著生產(chǎn)線上的工藝裝備具有很大程度的通用性，在進行新產(chǎn)品的研制生產(chǎn)時，不需要（或較少）對原有生產(chǎn)線進行改造[1]。在航空領(lǐng)域，柔性化裝配技術(shù)早已得到蓬勃發(fā)展并已經(jīng)帶來顯著效果，如柔性機翼壁板/翼梁裝配系統(tǒng)、復(fù)合材料升降舵柔性裝配系統(tǒng)、柔性制孔技術(shù)等[2,3]；另一方面柔性化檢測也正在逐步實現(xiàn)當(dāng)中，如蘇再為等人提出的柔性罩盒抽真空快速泄露檢測技術(shù)能夠針對不同外形工件進行泄露檢測[4]。但在制造環(huán)節(jié)，尤其是鈑金件的生產(chǎn)，仍然大量采用專用模具成形加工。據(jù)統(tǒng)計[5]，鈑金零件項數(shù)占全機零件總項數(shù)的40%左右，若能在鈑金制造環(huán)節(jié)逐步實現(xiàn)柔性化，將給企業(yè)帶來顯著的效益提升。

航空用銅鈑金件大多為平板件（或平板件經(jīng)簡單折彎得到）。銅鈑金件一直采用傳統(tǒng)的專用模沖孔落料的下料方式。因為模具設(shè)計制造周期長，通用性差，出現(xiàn)問題時返修較麻煩，甚至需要報廢復(fù)制。為了解決類似問題，提出了銅鈑金件的柔性化下料工藝，在保證零件合格率的情況下，極大地縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，取得了較好的生產(chǎn)效益。

1 傳統(tǒng)銅鈑金件下料方式

傳統(tǒng)的銅質(zhì)鈑金件下料主要以下塊料，級進模/復(fù)合膜沖孔落料為主。如圖1所示為一些典型的航空用銅質(zhì)鈑金零件展開圖形，每一類零件都是一個系列，每一系列零件外形大同小異，而又不完全一樣，所以生產(chǎn)用模具都彼此單獨存在而不能共用。因為模具數(shù)量大，制造周期長，且需要定期檢修維護，耗費不少時間和人力。并且每批次零件數(shù)較少，模具利用率低，有時候模具的制作、倉儲和定檢成本比其所加工零件的利潤還要高。

圖1 常見銅質(zhì)鈑金件展開圖形

對于銅鈑金件，除了回轉(zhuǎn)體類零件可以采用車削的方法加工外。目前常見的加工途徑還有線切割，數(shù)控銑切等方式，或者銑削粗加工配合磨削精加工的方法[6～8]。但因為銅材料自身粘性大，切削加工性能差的特點，以上加工方法效率很低，不適合批量生產(chǎn)。為使銅鈑金零件優(yōu)質(zhì)高效地下料及加工成形，經(jīng)過對公司現(xiàn)有設(shè)備的調(diào)查研究，決定對利用數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床進行銅鈑金零件無模柔性化下料工藝的可行性展開研究。

2 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床的加工特點

公司現(xiàn)有LVD某型號數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床一臺，其加工方式有單次沖壓與連續(xù)沖裁兩種[9]。單次沖壓的工作方式主要完成圓孔（標(biāo)準(zhǔn)圓孔、長圓孔）的沖裁，零件倒內(nèi)外圓角；連續(xù)沖裁的工作方式適合條形孔，切邊，小刀具進行大圓孔、大弧度外形的沖裁等加工過程。數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床沖裁零件最大的特點便是：它是以單次或連續(xù)沖裁為基礎(chǔ)，經(jīng)過模具的組合使用，沿零件內(nèi)孔及外形進行蠶食加工從而得到所要求形狀。如圖2所示，紅色軌跡為行刀路徑。

圖2 數(shù)控沖切零件展開外形

數(shù)控轉(zhuǎn)塔的這種蠶食加工的特點，是其能對銅鈑金件進行柔性化下料的基礎(chǔ)。要充分發(fā)揮設(shè)備的柔性化加工能力，關(guān)鍵在于模具庫所包含刀具種類的完備程度，而這些模具都是各類型（包含不同材質(zhì)）零件所共用的。

數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床加工的另一特點便是陣列成形，即在一張毛坯板上同時成形多個外形一致或不一致的零件，只要求零件的原材料牌號及厚度規(guī)格相同便可，與傳統(tǒng)的專用模具下料相比，不用頻繁地更換壓力機上的模具，極大地提高了生產(chǎn)效率。

3 數(shù)控沖床柔性化下料流程

3.1 二維下料數(shù)據(jù)的獲取

如圖3所示，模線設(shè)計人員利用CATIA軟件專用模塊，基于經(jīng)驗公式對外形簡單的零件進行展開分析，得到二維圖，作為數(shù)控下料依據(jù)及展開樣板制造依據(jù)。這里的“外形簡單”是指平板料成形為零件的過程相對容易。若零件成形過程復(fù)雜，則無法給出精確的展開圖形。這時通過適當(dāng)放大余量的方法給出零件的展開毛料圖，作為下料依據(jù)。工人對毛料進行加工成形，經(jīng)過修剪，成為合格零件之后，再將其逆向矯平，得到零件展開件[10]。利用二維測量機對展開件進行掃面，獲取外形數(shù)據(jù)點云，為了得到正確的可利用的連續(xù)線條，還需對點云進行優(yōu)化處理，最終得到下料所需二維圖，在下一批零件下料時就可用其替代毛料樣板作為下料依據(jù)。

3.2 沖切程序編制

精確下料圖形定型以后導(dǎo)入到?jīng)_床對應(yīng)的編程軟件中，接著進行刀具的選擇與加工路徑的編制。數(shù)控沖床與普通沖床最大的區(qū)別是[11]：后者完成沖切行程后，零件與毛板料完全脫離，每種零件都需要對應(yīng)的模具來完成下料；微連接工藝的采用，使得數(shù)控沖床僅僅利用通用模具就能加工出普通沖床上難以加工的形狀復(fù)雜、尺寸較大的落料件。即在編制沖切程序時，是利用通用模具的組合加工來完成一個零件的下料，如圓形模具完成沖孔、倒內(nèi)圓角，矩形模具完成切邊等。

一般對同種厚度規(guī)格的零件，同時進行編程，因為單種零件的需求數(shù)量實在太少，為了提高材料利用率，常常在一張毛坯板上沖切多種零件。因此編程完之后還需要進行零件的排版，即各個零件在毛坯板上的下料位置。排版完之后一般還需優(yōu)化走刀路線，因為編程僅對單個零件進行，每個零件又同時用到多種模具，這樣加工時就需要來回切換模具，大大降低了加工效率，也不利用設(shè)備的維護保養(yǎng)。優(yōu)化后的走刀方式是以最少的換刀次數(shù)，最短的行刀路徑進行沖切加工。

3.3 數(shù)控沖切下料

將編制好的程序?qū)氍F(xiàn)場PC，同時將毛板料安裝固定好，運行程序前檢查沖床工位上的模具是否與程序中的模具相匹配，模具周圍是否有上次沖切的碎屑等等，所有準(zhǔn)備工作到位后即可運行程序進行沖切。

圖3 零件展開二維圖的獲取

現(xiàn)數(shù)控沖切幾乎都采用微連接工藝，故沖切完成后，零件毛料仍然與原毛板料固連在一起，微連接大小根據(jù)零件大小和規(guī)格在編程時就已經(jīng)確定了，一般小于1mm，只需手工晃動數(shù)次便可輕易取下零件。對于銅料零件，微連接的寬度可取得稍寬一點，如表1數(shù)值為我廠經(jīng)驗值。

4 銅鈑金件數(shù)控沖切下料試驗及分析

為了驗證現(xiàn)有LVD某型號數(shù)控沖切設(shè)備對銅料（主要為T2M）沖切的適應(yīng)性，針對常用模具類型及料厚規(guī)格做了試沖裁。模具庫主要包含圓形沖孔模具，矩形切邊模具，以及倒圓角（特指外圓角）模具。材料厚度包含1mm、1.5mm、2mm三種規(guī)格，試驗沖裁二維圖如圖4所示，孔徑從φ3.2～φ35，外圓角取R2、R5、R7三種常用值進行試驗。試驗結(jié)果如圖4及表2所示。

從圖4及表2來看，銅料的沖裁較好，尺寸公差均在±0.1mm以內(nèi)。說明現(xiàn)有數(shù)控沖切設(shè)備完全適應(yīng)T2M銅料的下料加工，可以用于零件下料的試生產(chǎn)。經(jīng)分析，數(shù)控沖切設(shè)備能有如此良好的沖裁效果，主要有兩方面的原因：

1）得益于LVD設(shè)備的高精度位置控制，該設(shè)備的定位精度可達到±0.05mm，足以保證鈑金零件的各種位置公差；

圖4 銅鈑金數(shù)控沖切效果

2）如圖5所示，數(shù)控轉(zhuǎn)塔設(shè)備使用的模具，無論什么類型，與被沖裁板料相關(guān)的部分主要是沖頭、導(dǎo)套與凹模。單次沖裁過程中，導(dǎo)套下壓，并與凹模一起將板料僅僅夾住，然后沖頭下壓進行沖裁，即導(dǎo)套除了對沖頭導(dǎo)向的作用外，還兼有壓料板的作用，并且具有較大剛性。這與級進模、復(fù)合模中的剛性壓料板（主要為卸料作用）不同，后者壓料板與板料之間一般有0.2mm～0.3mm的間隙，并且是固定的，并未對板料的初始波浪、翹曲等缺陷進行校正，對沖裁過程中板料的變形限制作用也有限，而轉(zhuǎn)塔所采用模具是可以將沖裁區(qū)域內(nèi)的板料進行校正后再沖裁的，并且限制了沖裁過程板料翹曲變形的發(fā)生，所以沖裁質(zhì)量較好。其對比結(jié)果可采用數(shù)值模擬的方式較為明顯地表現(xiàn)出來，如圖6所示，利用數(shù)控轉(zhuǎn)塔進行沖裁下料，斷面光亮帶比例大，沒有明顯撕裂帶，其斷面質(zhì)量明顯好于傳統(tǒng)使用固定壓料板的沖裁方式。

表1 銅料沖裁微連接寬度經(jīng)驗值

利用數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖床進行匯流條系列零件的試生產(chǎn)，結(jié)果如圖7所示。因為級進模具設(shè)計不夠合理，其落料出的匯流條內(nèi)圓角較大，需要大量的人工修挫，因此表面質(zhì)量也不理想。改用數(shù)控沖床下料之后，可一次性沖出外形和表面質(zhì)量較好的零件且人工修挫量小，經(jīng)工裝校驗，符合要求，已批量交付使用。

圖5 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖裁過程

圖6 數(shù)控轉(zhuǎn)塔沖裁與專用模具沖裁效果對比

圖7 數(shù)控沖床實際生產(chǎn)效果

5 結(jié)論

目前，利用數(shù)控轉(zhuǎn)塔進行銅鈑金件的柔性化下料已經(jīng)用于部分零件的實際生產(chǎn)，取得了較好的效果，省去了大量專用工裝的使用與定檢，同時提高了零件的尺寸精度與表面質(zhì)量。按照以往每年新增銅鈑金專用下料模具數(shù)量計算，預(yù)計每年度可節(jié)省模具、人工等各類成本80余萬。

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