同 博，陳 波，李 榮

（1.航空工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)公司，陜西 西安 710089；2.西安航空學(xué)院飛行器學(xué)院，陜西 西安 710077）

隨著經(jīng)濟(jì)全球化不斷深入，國際間的競爭壓力與日俱增，航空航天作為高科技領(lǐng)域，其發(fā)展?fàn)顩r可以直接代表一個國家的綜合實(shí)力。近年來，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展為工業(yè)制造提供了廣泛的發(fā)展空間，促進(jìn)飛機(jī)生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，同時(shí)對飛機(jī)制造零件的精確度提出更高要求。鈑金作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)、外形以及內(nèi)裝中重要部件，其質(zhì)量能夠直接影響飛機(jī)制造水平，而鈑金成形好壞又與鈑金成形模具制造息息相關(guān)[1]。當(dāng)前，數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用與模具制造中，不僅能夠充分滿足模具生產(chǎn)精度需求，還能夠提高制造效率，同時(shí)還能夠節(jié)約制造成本以及原材料，已經(jīng)成為模具生產(chǎn)中的重要技術(shù)之一，也是模具制造行業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢，有利于全面提高模具制造企業(yè)的技術(shù)水平和核心競爭力。

1 航空鈑金成形對鈑金模具制造技術(shù)的要求

當(dāng)前我國航空航天發(fā)展水平不斷提升，在擴(kuò)大飛機(jī)生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)，也對飛機(jī)氣動外形提出了更高的需求，鈑金零件作為飛機(jī)制造中的重要部件，其表面質(zhì)量、成形精度以及穩(wěn)定性都直接影響到飛機(jī)制造水平，結(jié)合當(dāng)前鈑金成形模具制造情況來看，主要是結(jié)合飛機(jī)外形模板以及特種角度樣板進(jìn)行墊料，并且利用過渡模制造鈑金模板，利用這種技術(shù)制造出的模具誤差可以控制在0.3mm以內(nèi)，并且局部可以控制在0.5mm以上。然而，由于當(dāng)前飛機(jī)制造對鈑金精度要求較高，例如：播音747-8在制造過程中要求誤差控制在0.15mm以內(nèi)。顯然上述技術(shù)不能充分滿足制造需求，應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)優(yōu)化和完善鈑金成形模具制造技術(shù)已是當(dāng)務(wù)之急。

利用數(shù)字化技術(shù)制造鈑金成形模具。相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)而言要求更加復(fù)雜，具體可以從兩個方面展開分析：第一，鈑金成形模具外形制造涉及范圍較為廣泛，不僅包括零件本身數(shù)字化定義，還要充分考慮下料、成形工序以及工藝數(shù)字化定義。第二，利用數(shù)字化技術(shù)制造鈑金成形功模具，會受塑性變形中非線性引起的不唯一性影響[2]，引發(fā)工藝參數(shù)產(chǎn)生差異性，從而為成形模具制造質(zhì)量和水平帶來影響。

2 傳統(tǒng)航空鈑金成形模具制造技術(shù)中存在的問題

如上文所述，傳統(tǒng)航空鈑金模具制造通常是結(jié)合飛機(jī)外形模板以及特種角度樣板進(jìn)行制造。具體來說，外形模板制造技術(shù)就是按照飛機(jī)外形樣板進(jìn)行鈑金模具制造，主要是利用數(shù)控靠模銑上的靠模頭掃描靠模，并將掃描出的數(shù)據(jù)保存，技術(shù)人員結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)加工鈑金成形模具。而特種角度樣板制造是指通過墊料將飛機(jī)正、反模形刻畫，并獲取靠模，同時(shí)利用數(shù)控靠模銑中的靠模頭掃描靠模，并將相關(guān)數(shù)據(jù)儲存，技術(shù)人員結(jié)合數(shù)據(jù)加工鈑金成形模具。而采用這種技術(shù)并不能完全滿足航空鈑金成形模具制造需求，具體可以從兩方面分析：第一，雖然利用數(shù)控靠模銑上的靠模頭掃描靠模能夠得到準(zhǔn)確的形狀和尺寸，但是在工藝加工過程中，忽略了鈑金件加工過程中的實(shí)際狀態(tài)，沒有辦法處理設(shè)計(jì)信息向鈑金誠信模具制造延拓的矛盾問題。第二，通常情況下，傳統(tǒng)技術(shù)在制造加工過程中會流出3mm以內(nèi)的誤差余量，并且余量具有不均勻特點(diǎn)，需要后期再次鉗修加工，由于飛機(jī)制造規(guī)模不斷擴(kuò)大，對鈑金的需求量也越來越多，導(dǎo)致后期鉗修工作量大量增加[3]，由此可見，傳統(tǒng)航空鈑金成形模具制造沒有充分考慮數(shù)字定義，不能充分滿足鈑金零件精確度需求，急需一種更加精確和細(xì)致的加工技術(shù)優(yōu)化傳統(tǒng)制造技術(shù)。

3 數(shù)字化技術(shù)在航空鈑金成形模具制造技術(shù)應(yīng)用分析

利用數(shù)字化技術(shù)制造航空鈑金成形模具，其核心技術(shù)是通過數(shù)字量傳遞進(jìn)行加工，具體來說，就是利用數(shù)字化技術(shù)對整個工藝過程進(jìn)行分析，從而生成鈑金成形模具的工件模形和工藝模形，將工件模形和工藝模形移至模具中，可以自動生成數(shù)字化控制程序，也就是說，數(shù)字化技術(shù)制造航空鈑金成形模具是一種通過數(shù)字量想數(shù)控設(shè)備傳遞，從而進(jìn)行數(shù)字化制造的過程。這一制造中的所有環(huán)節(jié)都能夠始終保持給定公差，相對于傳統(tǒng)鈑金成形模具制造技術(shù)而言能夠有效減少誤差，同時(shí)無需再次進(jìn)行鉗修制造，有利于在節(jié)省成本、材料以及人工工作量的同時(shí)，提高航空鈑金成形模具制造效率和水平，從而保證鈑金精度符合飛機(jī)制造需求。

例如：結(jié)合數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到閘壓模中進(jìn)行分析，以播音747-8中框肋成形作為參考，通過上述數(shù)字傳遞方式展開制造，在具體制造過程中，飛機(jī)閘壓模具的型面制造，主要是針對制造模形中的成形工藝模形展開分析，并非采用傳統(tǒng)技術(shù)制造技術(shù)直接對閘壓模具原始的數(shù)模進(jìn)行分析。原因是制造模具中的成形工藝模形充分考慮了零件回彈等多種因素，有利于為鈑金成形模具制造提出修正方案同時(shí)提供參考數(shù)值[4]，從而避免再次修正。具體可以從以下幾個方面進(jìn)行分析。

3.1 測量數(shù)據(jù)

測量數(shù)據(jù)包含范圍較為廣泛，具體可以從以下幾個方面進(jìn)行分析：

第一，通過便攜式測量臂對樣板展開測量，這種測量需要將樣板水平放置，并利用便攜式測量臂展開測量，在測量過程中要注意探頭盡量與樣板外形側(cè)面以及放置平臺水平面檢測樣板的外形緊密貼合，同時(shí)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離需要控制在2cm左右，同時(shí)采集數(shù)據(jù)。另外，技術(shù)人員需要利用探頭，任意取樣板角度標(biāo)記處的兩個點(diǎn)，用來確定角度變化的實(shí)際情況，通過反復(fù)檢測，能夠提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。如果便攜測量臂在檢測過程中不能達(dá)到樣板檢測范圍需求，相關(guān)人員可以在已測樣板位置劃一條線，有利于便攜測量臂轉(zhuǎn)換檢測標(biāo)準(zhǔn)，便攜測量臂可以將劃線位置作為起點(diǎn)繼續(xù)檢測，并且將檢測后的數(shù)據(jù)存檔。在完成以上工作后，技術(shù)人員需要將采集的數(shù)據(jù)存儲到與便攜測量臂練級的電腦中。

第二，結(jié)合采集數(shù)據(jù)生成樣條，通常情況下，通過便攜測量臂采集的數(shù)據(jù)具有繁雜性，在建模過程中，想要將大量數(shù)據(jù)全部導(dǎo)入軟件具有一定難度，技術(shù)人員可以采用以下方式：第一，通常情況下軟件系統(tǒng)中的程編室工具均具有文件讀取功能，技術(shù)人員可以利用該功能導(dǎo)入大量數(shù)據(jù)，有利于提高模形構(gòu)建效率[5]。第二，充分利用Excel軟件，技術(shù)人員將采集數(shù)據(jù)輸入，并將數(shù)據(jù)按照先后順序依次排列，同時(shí)生成序號，使其保存為文檔形式。第三，技術(shù)人員需要借助UC的文件讀入借口讀取Excel文件，并利用軟件中的曲線功能，將點(diǎn)進(jìn)行連接。

3.2 建立模形

在建模過程中需要用到CATIA軟件，技術(shù)人員需要利用該軟件將文件后綴進(jìn)行更改，使其成為.igs形式，由于該零件屬于異形材料，并且具有厚度大的特點(diǎn)，在鈑金成形模具制造過程中存在反彈因素，因此，在建模過程中，技術(shù)人員可以將零件反彈角設(shè)計(jì)為6°，同時(shí)還要重視下線處反彈角按照一個點(diǎn)旋轉(zhuǎn)。

與此同時(shí)，技術(shù)人員需要結(jié)合樣板角度變化情況進(jìn)行分析，根據(jù)角度變化值制造零件的截面，并且需要將所有截面光順連接。除此之外。還要將每個截面拉成零件，技術(shù)人員需要抽取零件下表面已經(jīng)成形的面制成實(shí)體，從而制造出閘壓模的下模。此時(shí)，結(jié)束人員需要在零件凸筋處將閘壓模的下模進(jìn)行切割，使其形成左下模和右下模，并且將中間的墊板和左右下模制作為一體。

接下來，技術(shù)人員需要抽取零件上表面已經(jīng)形成的面并制成實(shí)體，從而形成閘壓模的上模，同時(shí)，需要在上模最頂面制出模柄安裝槽，還要在上下模的兩側(cè)制出導(dǎo)板安裝槽，并且技術(shù)人員需要將上下模和零件進(jìn)行組合，使其成為組合件，通過安裝模柄、導(dǎo)板等零件，最終形成完整的閘壓模建建模圖。

3.3 軟件編程

技術(shù)人員利用相關(guān)軟件編制加工程序過程中，首先需要確定樣板檢查中使用的基準(zhǔn)面，并將其進(jìn)行加工，同時(shí)要將導(dǎo)板的安裝槽以及端頭定位面進(jìn)行加工，在這一過程中，加工遠(yuǎn)點(diǎn)需要設(shè)置在樣板基準(zhǔn)面交匯的位置，只有充分滿足這一目標(biāo)，才能夠保證模板上下面相對應(yīng)，除此之外，技術(shù)人員在加工模具時(shí)，需要盡量提高模具表面的光順度。

在上模和下模粗加工過后，需要對側(cè)面導(dǎo)板滑動槽進(jìn)行加工，在加工過程中，技術(shù)人員需要提前制定出下模的合模銷孔。有利于為上下模位置對應(yīng)奠定良好基礎(chǔ)。

接下來需要對模形進(jìn)行檢測和完善，數(shù)字化技術(shù)中的3D建模[6]，相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)而言，只是有效減少了人工誤差，而數(shù)控加工技術(shù)也只是減少了傳統(tǒng)靠模加工誤差。但是在實(shí)際加工過程中，由于鈑金成形模具制造屬于外形樣板，因此需要對角度、外形等方面進(jìn)行校驗(yàn)，數(shù)控加工屬于近似加工，而近似加工與最終鈑金成形模具是否符合，直接取決于3D建模以及數(shù)控加工人員的水平，只有保證二者具有科學(xué)性和準(zhǔn)確性，才能夠提高鈑金成形模具制造精確度。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，鈑金成形模具制造業(yè)越來越廣泛的應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)，本文結(jié)合飛機(jī)框肋成形零件作為實(shí)例進(jìn)行分析，通過研究數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造過程，闡述數(shù)字化技術(shù)在航空鈑金成形模具制造中的應(yīng)用價(jià)值，有利于為制造業(yè)優(yōu)化工藝奠定良好基礎(chǔ)，對促進(jìn)航空制造企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。