一種飛機鈑金橡皮囊成形模具維護保養裝置的設計

石紹秋，張凌云，王永健，肖唐威

（沈陽航空航天大學航空制造工藝數字化國防重點學科實驗室，沈陽110136）

0 引言

飛機鈑金工藝是航空制造工程的重要組成部分，是使飛機能同時獲得高結構效率和優良性能的基礎制造技術之一。飛機鈑金橡皮囊成形工藝利用橡皮作為彈性凹模（凸模），用液體作為傳壓介質使金屬板料隨剛性凸模（凹模）變形的一種軟模成形方法，提高了鈑金件成形的質量，使成形零件可直接或少量修整便可用于飛機裝配[1]，對于成形精度要求極高的飛機鈑金件，其橡皮囊成形所用的模具也要求做工精細，并且成本高。為了延長模具的使用壽命，除了在制造模具時選用合適的材料和做好表面強化處理，還需做好其在非工作時間內的防震、防塵、防銹保護，保證后續成形產品的精度[2]。

模具的維護保養是從源頭保證鈑金件質量的重要環節，傳統的模具保養需要工作臺、模具架、專用工具、潤滑劑、清洗劑、棉紗等，更需要人力資源的保證[3],放置在模具架上的模具，時間久了容易沾滿灰塵，表面形成銹跡，需要對模具銹蝕部分進行長時間的人工打磨，耗時費力，同時增加了對模具造成損傷的風險，影響再次成形鈑金件的精度，造成產品的不一致性[4-5]。針對上述問題，以材料為Q235鋼的某型飛機的肋框類鈑金件橡皮囊成形凸模為貯藏保養對象，提出一種飛機鈑金橡皮囊成形模具維護保養裝置，用以解決現有技術中存在的缺陷，并減少人工耗時。

1 總體設計

模具保養裝置包括主箱體，箱體采用前開口設計，開口上端由鉸鏈連接拉門，拉門前端安裝有顯示屏，箱體外部一側設置有控制器，箱體頂部一側裝有網絡信號收發器。拉門和箱體頂板底面連接有1號伸縮桿，1號伸縮桿與拉門、箱體頂板均采用鉸鏈連接，關閉拉門可使箱體處于密封狀態。根據Q235鋼在大氣環境下造成腐蝕生銹的條件[6-7]，在裝置中設計了除濕系統、氣壓控制系統及溫濕度和氣壓實時監測設備。箱內頂板裝有濕度監測儀、壓力計，濕度監測儀和壓力計所測得的實時數據可顯示到顯示屏上。箱體內底板上安裝有滑軌，滑軌的滑塊上裝有支撐板，支撐板內側與2號伸縮桿相連，支撐板可通過2號伸縮桿沿著底板滑軌內外滑動。箱體內部后板上安裝有除濕裝置，箱體背面安裝有氣壓控制系統，氣壓控制系統可控制除濕裝置抽去箱體內多余的空氣和水蒸氣，氣壓控制系統也可控制1號伸縮桿和2號伸縮桿自由伸縮。圖1為裝置三維效果圖與總體剖視圖。

2 分系統設計

2.1 除濕裝置

圖1 裝置三維效果圖與總體剖視圖

除濕裝置位于箱體內頂板與后板交界處，包括單向閥、套筒、固體氯化鈣顆粒放置盒和海綿，裝置結構如圖2所示。套筒一側由第三進氣管與氣壓控制系統的進氣換向閥相連。固體氯化鈣顆粒放置盒和海綿置于套筒內部，套筒另一側連通單向閥，單向閥可防止氯化鈣顆粒吸收至海綿上的積水不揮發到的箱體內。除濕裝置可借助氣壓控制系統中的氣泵，除去箱體內多余的空氣和水蒸氣。

圖2 除濕裝置結構

2.2 氣壓控制系統

氣壓控制系統由位于箱體背部的主體和箱內的管路組成，包括第一進氣管、第二進氣管、進氣換向閥、第三進氣管、第一出氣管、第二出氣管、出氣換向閥、氣泵、第四進氣管、第三出氣管等10個部件。控制拉門開啟閉合的1號伸縮桿固定端尾部通過第一進氣管連通在進氣換向閥上，固定端前部通過第一出氣管連通在出氣換向閥上；控制模具支撐板沿底板滑軌內外滑動的2號伸縮桿的固定端尾部通過第二進氣管連通在進氣換向閥上，固定端前部通過第二出氣管連通在出氣換向閥上。除濕裝置尾部通過第三進氣管與進氣換向閥相連。氣泵安裝在箱體背部，進氣端連接進氣換向閥，出氣端連接出氣換向閥。第三出氣管、第四進氣管分別連接在出氣換向閥和進氣換向閥上。操作人員通過控制器調控氣壓控制系統，使除濕裝置、1號伸縮桿和2號伸縮桿相互協調運動，以實現抽濕過濾、拉門開閉、支撐板沿著底板內外滑動的功能。圖3所示為氣壓控制系統管路圖。

2.3 其它部位設計

裝置箱體開口面整圈粘貼有硅膠片。可在拉門關閉后，使箱體處于密封狀態，有效防止外界的空氣及水蒸氣進入到箱體內造成橡皮囊成形模具腐蝕生銹，延長模具的使用時間，提高模具的使用壽命。

箱體頂板上端4個角固定安裝有吊耳，方便吊車吊運模具保養裝置。底板底面安裝有方形管支架，方便叉車對裝置進行拖運。

箱體頂部裝有網絡信號收發器，它與箱體內部的濕度監測儀和壓力計相連，如果箱體內溫濕度和氣壓數值超過了標準數值，網絡信號收發器可將數據發送到操作員的手機中，以示提醒，操作員也可通過手機實時查看溫濕度和大氣壓數值。

箱體內支撐板上安裝有防滑板，模具放置在防滑板上。防滑板可有效防止模具調運過程中在支撐板上滑動撞到箱體，從而將模具和保養裝置撞壞。

圖3 氣壓控制系統

3 實施方式

當需要對橡皮囊成形模具進行存放保養時，打開拉門，將支撐板通過滑軌和2號伸縮桿拉出，將需要保養的模具放置到支撐板的防滑板上，推回支撐板，關閉拉門。操作控制器，開啟抽氣功能，氣泵通過進氣換向閥、第四進氣管和除濕裝置抽取箱體內部多余的空氣和水蒸氣。箱體內更多的空氣和水蒸氣將依次通過第四進氣管、進氣換向閥、氣泵和第三出氣管排放到外界，有效防止空氣和水蒸氣再次進入到箱體內，造成模具銹蝕。箱體內部的壓力計和濕度監測儀實時檢測箱體內部的氣壓和濕度，并將數據傳輸至顯示屏上顯示，方便操作人員了解箱內的溫濕度和氣壓，溫濕度和氣壓也可以通過網絡信號收發器發送至管理員的手機上進行遠程監控。當溫濕度和氣壓數值超過了標準數值，箱體控制器和管理人員手機都會收到提示，這時可以通過直接操作裝置的控制器或用手機遠程操控來調節氣泵，將溫濕度和氣壓調至標準數值以內，以此來控制箱內模具的存放保養環境，防止模具生銹腐蝕。

4 結語

該飛機鈑金橡皮囊成形模具維護保養裝置使得模具的維護保養變得簡單可靠。裝置通過對模具放置環境的控制和實時監測解決了傳統模具貯藏保養維護方式的各種弊端，延長了模具的使用時間，提高模具的使用壽命，降低成本。再次成形時可不經打磨擦拭即可直接用于飛機鈑金件的橡皮囊成形，保證了成形產品的質量，使成形出的不同批次鈑金件一致性得到了保障，降低操作人員的勞動強度，提高生產過程中的工作效率。