飛機鈑金件數字化制造技術及其應用

◎潘慶宇

航空航天技術的發展是國家綜合實力的代表，優化航天技術水平、實現飛機生產規模的拓展、促進飛機零件制造工藝的精度是航空航天企業在國際競爭中提高競爭優勢的主要途徑。在工業領域數字化發展過程當中，航空領域也要應用數字化制造技術，實現飛機鈑金件的精密制造，以此促進空航天領域的發展。

一、鈑金件數字化制造技術分析

1.鈑金件工藝數字化設計技術。

此技術是指在鈑金件制造模型信息的基礎上，對鈑金件的制造指令進行設計，合理進行工藝參數的運算，并以此為依據進行生產工藝文件的制定。利用此技術可以實現鈑金材料性能數據的有效存儲，并積累大量的制造流程、工藝參數等相關工藝知識，進而為鈑金件工藝設計效率的提升提供參考，進而保證生產出符合出飛機制造所需的高品質鈑金件。

2.鈑金件制造模型定義技術。

在鈑金件制作過程中，從毛坯制作至將之加工為成品需經過多道工序，首先要進行毛坯下料工序的制定并建立排樣模型，之后還要進行成形工序的工件模型的建立，最后需構建出回彈修正模型。這些模型構建工序全部完成后，鈑金件制造模型才會建立起來。制造模型是否準確是模型設計的重要依據，也是成型工藝實施的根本條件，對鈑金件成形的精密度具有重要的影響作用。

3.鈑金件成形模具設計與制造技術。

由于鈑金件的所采用的材材料較薄，因此制作出的鈑金零件精度并不高。在制造過程中可選用多種成型工藝，常見的有蒙皮拉形，沖壓成形等工藝技術，在這些成形工藝運用過程中，要以成型模具為基礎進行零件尺寸及形狀的確定，以此提高鈑金件成形制造的精度。

4.鈑金件成形數控編程與設備控制技術。

鈑金數控成形設備已得到廣泛應用，一些重點鈑金成形設備均采用了數控化，如數控下料銑、數控拉形機、數控彎管機、數控拉彎機、數控噴丸機等。

二、鈑金件數字化制造技術應用難點分析

1.模具型面制作。

在鈑金件數字生產過程中，會應用到多種數字化制作技術，既要實現生產零件的數字化，成產工藝工序的數字化也極為重要。在鈑金件制造過程中由于所需的鈑金件形狀并不一致，并且所用的生產材料相對較薄，因此在數字化加工中變形問題較為常見，因此，合理進行模具型面的制作是鈑金件數字化技術應用的最大難題。

2.成形過程的掌控。

鈑金件成形制造過程中屬于塑性變形過程，因此在其物理特性的作用下成型工藝存在一定的不確定性，這會對鈑金件的成形質量產生不利影響，也會阻礙其生產效率的提高，在生產過程中難以進行準確的定量把控。

3.工藝參數設計及成形精度的控制。

鈑金件制造時需要在短時間內一次性完成成形，因此在成形過程中要對成形力度以及溫度等各種參數加以掌控，在對其他非坐標類幾何參數控制時也存在較大的難度，同時由于鈑金件制作材料并不穩定，因此難以對其工藝參數進行合理設計，也難以進行成形精度的有效控制。

三、基于制造模型的數字量傳遞與控制

以模擬量傳遞為基礎上進行鈑金件制造時，各個制造環節對鈑金件形狀的規定并不完善，因此，鈑金件的制造精度提升存在一定難度。應用鈑金件設計模型可以對鈑金件的形狀及尺寸進行準確描述，但未能將鈑金件加工過程納入考量，因此設計環節與制造過程的協同性還有待提升。

基于制造模型的數字量傳遞與控制是通過面向工藝過程定義工件模型和工藝模型-移形到工藝裝備-生成數控程序-以數字量傳遞至數控設備這樣一個并行數字化制造過程，其實質在于毛坯組合排樣模型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗備控形節點中的CAD 幾何模型直接用于成形模具設計、檢驗工裝設計、制造指令設計、工藝參數設計、數控加工等環節；基于工裝的數字化模型，能在樣板制造、模具制造中始終保持給定的公差；考慮回彈等因素直接修正后進行模具設計。這有利于將標準裝備與工作裝備檢驗過程中存在的誤差進行有效消除，也可減少零件模擬量傳遞過程中存在的誤差，消除人為干因素的干擾，使鈑金件的生產制造更加精密，制造效率更高，同時也可以實現制造成本的有效控制。

四、基于工藝知識的鈑金件工藝過程設計

在鈑金數字化制造中，除了使用CAD系統輔助設計工作之外，同時還需要鈑金制造知識的支持。對已有知識的重用包括知識建庫和知識使用兩個基本的過程。基于知識的鈑金制造要素定義是對鈑金制造領域知識進行建庫存儲，在鈑金件數字化制造過程中，應用系統根據鈑金零件信息從知識庫中檢索已有知識而使知識重現，形成問題的解決，同時創建的新知識不斷更新到知識庫中。在對企業鈑金工藝設計大量調研的基礎上，對鈑金工藝知識進行分類形成型譜圖，對基本類型知識進一步分解為信息后建立鈑金工藝知識庫框架；對知識采集和入庫，首先定義鈑金工藝領域術語，在此基礎上創建制造指令知識、備種成形工藝參數設計知識、成形模具設計知識等內容。采用基于Web 的架構對知識進行管理，分布式環境便于工藝人員查閱、選用、修正和不斷積累。

結語：在飛機鈑金件制作過程中，鈑金件的種類繁多且各個鈑金件的結構都較為復雜，雖然不同鈑金件的生產工藝較為相似，但存在需要特殊處理的工藝環節，應用數字化制造技術可以有效解決工藝處理的難題，進而實現飛機制造領域的規模化生產，促進制造工藝的創新與優化。基于此，鈑金件制造人員要拓展思維，借鑒國外先進的數字化生產技能與經驗，并加大對數字化制造技術的研究力度，實現數字化生產技術水平的不斷提高，進而推動航天領域的發展與進步。