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(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司

航空飯金工裝數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)

與其他加工制造方法相比,飯金件的數(shù)字化設(shè)計制造有自身的特點(diǎn)。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(shù)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(yōu)化。為了保證制造精度,必須根據(jù)零件形狀、成形工藝、材料特性等進(jìn)行成形過程中工藝數(shù)模的定義,作為工序間的制造依據(jù)和檢測依據(jù)。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(shù),而非坐標(biāo)等幾何參數(shù),控制難度更大。由于材料性能的不穩(wěn)定性和隨機(jī)性,使工藝參數(shù)設(shè)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(jìn)行研究,形成飯金件數(shù)字化設(shè)計制造的解決方案,建立飯金的數(shù)字化設(shè)計制造體系。飯金數(shù)字化設(shè)計制造包括工藝數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化工藝數(shù)模(即制造模型)、工裝數(shù)字化設(shè)計、工裝模具數(shù)字化制造等內(nèi)容,這些內(nèi)容以產(chǎn)品數(shù)模庫、產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)庫、工藝數(shù)模庫、模具設(shè)計知識庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫、成形分析/仿真庫等共享數(shù)據(jù)為支撐,通過數(shù)據(jù)接口與相關(guān)部門進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行管理,進(jìn)行系統(tǒng)集成,實現(xiàn)并行設(shè)計制造,從而提高飯金模具設(shè)計質(zhì)量,縮短制造周期。飯金的數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)工藝設(shè)計和制造模型的定義是核心,應(yīng)該進(jìn)行以下方面的工作:建立企業(yè)共享數(shù)據(jù)庫。飯金件設(shè)計是典型的知識需求密集的過程。企業(yè)在以往的制造過程中積累了大量關(guān)于飯金材料性能數(shù)據(jù)、典型流程、工藝參數(shù)等經(jīng)驗及試驗數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為共享知識,建立模具工藝知識數(shù)據(jù)庫,有助于提高飯金工藝設(shè)計的效率和成形質(zhì)量。此外還有模具設(shè)計知識數(shù)據(jù)庫、模具數(shù)字化分析數(shù)據(jù)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(shè)計、工藝參數(shù)設(shè)計、數(shù)控編程等提供數(shù)據(jù)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(jù)為制造模型中的成形工藝模型而不是零件原始數(shù)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(jìn)行了合理的預(yù)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(shù)據(jù)源,改變了反復(fù)試錯的制造方式,簡化了模具設(shè)計的工作,減少了人為不確定因素的影響,提高了模具設(shè)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(zhì)量,實現(xiàn)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(jī)蒙皮柔性工裝是數(shù)字化制造的一個典型案例。圖2所示是一種柔性多點(diǎn)吸盤式夾持工裝系統(tǒng),采用數(shù)字量傳遞的蒙皮制造技術(shù),與工藝數(shù)字化和數(shù)控設(shè)備結(jié)合很容易實現(xiàn)蒙皮零件的數(shù)字化生產(chǎn),使工裝制造周期大幅減少,生產(chǎn)效率顯著提高。模具外形調(diào)整在10分鐘之內(nèi)可以完成,對于多品種小批量蒙皮零件的生產(chǎn)具有獨(dú)特優(yōu)勢。國內(nèi)北京航空制造工程研究所已經(jīng)開展了這方面的工作5:。

國內(nèi)航空公司的飯金工裝數(shù)字化設(shè)計制造

國內(nèi)航空公司在民機(jī)轉(zhuǎn)包項目中通過與波音公司的合作,也逐漸開始了數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用。配置了以CATIA軟件系統(tǒng)為主導(dǎo)的三維CAD/CAM系統(tǒng),實現(xiàn)了產(chǎn)品和工裝的數(shù)字化設(shè)計,模具的數(shù)字化制造也已經(jīng)開展多年。飯金工裝的設(shè)計流程如圖3所示,工裝設(shè)計部門接到設(shè)計任務(wù)后,提取零件數(shù)字模型作為設(shè)計依據(jù),圖紙歸檔后,提交工裝數(shù)字模型作為模具制造依據(jù),模具制造部門以工裝模具數(shù)字模型為依據(jù)進(jìn)行數(shù)控加工。整個過程中數(shù)據(jù)模型作為設(shè)計、制造的唯一依據(jù)。題。比如工藝數(shù)模數(shù)據(jù)庫。在飯金設(shè)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(shè)計的零件最終形狀存在一定偏差。飯金件設(shè)計模型準(zhǔn)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(tài),缺乏設(shè)計到制造的過渡。現(xiàn)在的飯金設(shè)計還無法依據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和工藝設(shè)計提供制造用數(shù)字模型(即工藝數(shù)模),飯金設(shè)計使用的依然是設(shè)計模型,導(dǎo)致飯金件成形回彈后需要輔助工序進(jìn)行修正,影響了飯金件質(zhì)量的進(jìn)一步提高,也影響到飯金件的制造效率。需要對各種材料進(jìn)行進(jìn)一步研究,通過仿真分析,在產(chǎn)品數(shù)模基礎(chǔ)上建立工藝數(shù)模,為模具設(shè)計和數(shù)字化檢測服務(wù)。再比如模具設(shè)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(shè)計制造過程中依賴于在長期實踐中積累的經(jīng)驗知識,這些經(jīng)驗知識以及各種成形工藝參數(shù)知識、各類模具的設(shè)計知識等都是模具設(shè)計的重要資源,知識庫的建立有助于模具設(shè)計質(zhì)量和效率的提高。在質(zhì)量控制方面。目前飛機(jī)質(zhì)量控制方法落后于制造技術(shù)發(fā)展,人員隊伍素質(zhì)和能力與當(dāng)前數(shù)字化制造技術(shù)深人應(yīng)用不匹配。檢測手段不夠先進(jìn),除數(shù)控加工的結(jié)構(gòu)件采用數(shù)控測量機(jī)檢測外,其他零件和裝配件基本上仍依賴于工裝進(jìn)行手工檢測,精度和準(zhǔn)確度難以滿足客戶要求。模具的數(shù)控制造中,高速加工、復(fù)合加工、快速原型制造和制模技術(shù)等還需要開展研究。

圖3國內(nèi)航空公司飯金模具設(shè)計制造流程但是在飯金設(shè)計制造過程中還存在一些問B一777實現(xiàn)了全球第一個全機(jī)數(shù)字樣機(jī),在55個月內(nèi)完成了研制到交付使用;JSF聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)是第一個基于全球虛擬企業(yè)制造的飛機(jī)項目,代表了數(shù)字化制造的最高水平。這都證明了數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的生命力。伴隨民機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)和產(chǎn)品型號研制,國內(nèi)數(shù)字化制造技術(shù)有了較大的發(fā)展,已經(jīng)全面開展三維數(shù)字化設(shè)計和虛擬裝配,形成了全機(jī)級和部件級的數(shù)字樣機(jī),在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、工藝設(shè)計和工裝設(shè)計制造已經(jīng)基本實現(xiàn)了數(shù)字化技術(shù)。具體就模具設(shè)計制造而言,只是在設(shè)計和制造上實現(xiàn)了一些突破,初步建立了飯金工裝的數(shù)字化設(shè)計流程;對于飯金工裝的數(shù)字化系統(tǒng)而言,在工藝數(shù)模設(shè)計、知識數(shù)據(jù)庫的建立、模具數(shù)字化分析與仿真、模具數(shù)字化制造仿真還有很多工作要做。