數字化技術在航空鈑金成形模具制造中的運用研究

同 博，陳 波，李 榮

（1.航空工業西安飛機工業集團公司，陜西 西安 710089；2.西安航空學院飛行器學院，陜西 西安 710077）

隨著經濟全球化不斷深入，國際間的競爭壓力與日俱增，航空航天作為高科技領域，其發展狀況可以直接代表一個國家的綜合實力。近年來，科學技術不斷發展為工業制造提供了廣泛的發展空間，促進飛機生產規模逐漸擴大，同時對飛機制造零件的精確度提出更高要求。鈑金作為飛機結構、外形以及內裝中重要部件，其質量能夠直接影響飛機制造水平，而鈑金成形好壞又與鈑金成形模具制造息息相關[1]。當前，數字化技術已經廣泛應用與模具制造中，不僅能夠充分滿足模具生產精度需求，還能夠提高制造效率，同時還能夠節約制造成本以及原材料，已經成為模具生產中的重要技術之一，也是模具制造行業未來發展的必然趨勢，有利于全面提高模具制造企業的技術水平和核心競爭力。

1 航空鈑金成形對鈑金模具制造技術的要求

當前我國航空航天發展水平不斷提升，在擴大飛機生產規模的同時，也對飛機氣動外形提出了更高的需求，鈑金零件作為飛機制造中的重要部件，其表面質量、成形精度以及穩定性都直接影響到飛機制造水平，結合當前鈑金成形模具制造情況來看，主要是結合飛機外形模板以及特種角度樣板進行墊料，并且利用過渡模制造鈑金模板，利用這種技術制造出的模具誤差可以控制在0.3mm以內，并且局部可以控制在0.5mm以上。然而，由于當前飛機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。顯然上述技術不能充分滿足制造需求，應用數字化技術優化和完善鈑金成形模具制造技術已是當務之急。

利用數字化技術制造鈑金成形模具。相對于傳統制造技術而言要求更加復雜，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字化定義，還要充分考慮下料、成形工序以及工藝數字化定義。第二，利用數字化技術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]，引發工藝參數產生差異性，從而為成形模具制造質量和水平帶來影響。

2 傳統航空鈑金成形模具制造技術中存在的問題

如上文所述，傳統航空鈑金模具制造通常是結合飛機外形模板以及特種角度樣板進行制造。具體來說，外形模板制造技術就是按照飛機外形樣板進行鈑金模具制造，主要是利用數控靠模銑上的靠模頭掃描靠模，并將掃描出的數據保存，技術人員結合相關數據加工鈑金成形模具。而特種角度樣板制造是指通過墊料將飛機正、反模形刻畫，并獲取靠模，同時利用數控靠模銑中的靠模頭掃描靠模，并將相關數據儲存，技術人員結合數據加工鈑金成形模具。而采用這種技術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，雖然利用數控靠模銑上的靠模頭掃描靠模能夠得到準確的形狀和尺寸，但是在工藝加工過程中，忽略了鈑金件加工過程中的實際狀態，沒有辦法處理設計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，傳統技術在制造加工過程中會流出3mm以內的誤差余量，并且余量具有不均勻特點，需要后期再次鉗修加工，由于飛機制造規模不斷擴大，對鈑金的需求量也越來越多，導致后期鉗修工作量大量增加[3]，由此可見，傳統航空鈑金成形模具制造沒有充分考慮數字定義，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致的加工技術優化傳統制造技術。

3 數字化技術在航空鈑金成形模具制造技術應用分析

利用數字化技術制造航空鈑金成形模具，其核心技術是通過數字量傳遞進行加工，具體來說，就是利用數字化技術對整個工藝過程進行分析，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，可以自動生成數字化控制程序，也就是說，數字化技術制造航空鈑金成形模具是一種通過數字量想數控設備傳遞，從而進行數字化制造的過程。這一制造中的所有環節都能夠始終保持給定公差，相對于傳統鈑金成形模具制造技術而言能夠有效減少誤差，同時無需再次進行鉗修制造，有利于在節省成本、材料以及人工工作量的同時，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制造需求。

例如：結合數字化技術應用到閘壓模中進行分析，以播音747-8中框肋成形作為參考，通過上述數字傳遞方式展開制造，在具體制造過程中，飛機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，并非采用傳統技術制造技術直接對閘壓模具原始的數模進行分析。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提供參考數值[4]，從而避免再次修正。具體可以從以下幾個方面進行分析。

3.1 測量數據

測量數據包含范圍較為廣泛，具體可以從以下幾個方面進行分析：

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面以及放置平臺水平面檢測樣板的外形緊密貼合，同時，點與點之間的距離需要控制在2cm左右，同時采集數據。另外，技術人員需要利用探頭，任意取樣板角度標記處的兩個點，用來確定角度變化的實際情況，通過反復檢測，能夠提高數據采集的準確性。如果便攜測量臂在檢測過程中不能達到樣板檢測范圍需求，相關人員可以在已測樣板位置劃一條線，有利于便攜測量臂轉換檢測標準，便攜測量臂可以將劃線位置作為起點繼續檢測，并且將檢測后的數據存檔。在完成以上工作后，技術人員需要將采集的數據存儲到與便攜測量臂練級的電腦中。

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

3.2 建立模形

在建模過程中需要用到CATIA軟件，技術人員需要利用該軟件將文件后綴進行更改，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，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，技術人員可以將零件反彈角設計為6°，同時還要重視下線處反彈角按照一個點旋轉。

與此同時，技術人員需要結合樣板角度變化情況進行分析，根據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，技術人員需要抽取零件下表面已經成形的面制成實體，從而制造出閘壓模的下模。此時，結束人員需要在零件凸筋處將閘壓模的下模進行切割，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，技術人員需要抽取零件上表面已經形成的面并制成實體，從而形成閘壓模的上模，同時，需要在上模最頂面制出模柄安裝槽，還要在上下模的兩側制出導板安裝槽，并且技術人員需要將上下模和零件進行組合，使其成為組合件，通過安裝模柄、導板等零件，最終形成完整的閘壓模建建模圖。

3.3 軟件編程

技術人員利用相關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面，并將其進行加工，同時要將導板的安裝槽以及端頭定位面進行加工，在這一過程中，加工遠點需要設置在樣板基準面交匯的位置，只有充分滿足這一目標，才能夠保證模板上下面相對應，除此之外，技術人員在加工模具時，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，需要對側面導板滑動槽進行加工，在加工過程中，技術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奠定良好基礎。

接下來需要對模形進行檢測和完善，數字化技術中的3D建模[6]，相對于傳統制造技術而言，只是有效減少了人工誤差，而數控加工技術也只是減少了傳統靠模加工誤差。但是在實際加工過程中，由于鈑金成形模具制造屬于外形樣板，因此需要對角度、外形等方面進行校驗，數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建模以及數控加工人員的水平，只有保證二者具有科學性和準確性，才能夠提高鈑金成形模具制造精確度。

4 結語

綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，鈑金成形模具制造業越來越廣泛的應用數字化技術，本文結合飛機框肋成形零件作為實例進行分析，通過研究數字化設計和制造過程，闡述數字化技術在航空鈑金成形模具制造中的應用價值，有利于為制造業優化工藝奠定良好基礎，對促進航空制造企業穩定發展具有現實意義。