數(shù)字化環(huán)境下封閉曲面雙彎邊鉆孔的研究

摘要：針對封閉曲面雙彎邊結(jié)構(gòu)零件的鉆孔需求量大，手工劃線不夠準(zhǔn)確，通過結(jié)合數(shù)字化軟件研究，探討切鉆實(shí)體新的數(shù)字化設(shè)計(jì)思路，基于CATIA V5R18環(huán)境，提出依據(jù)三維數(shù)據(jù)集，加工切鉆實(shí)體的新理念，提高封閉曲面雙彎邊結(jié)構(gòu)零件的加工速度及生產(chǎn)精度，以低成本達(dá)到較高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵字：封閉曲面雙彎邊、數(shù)字化、精確成形

長期以來，鈑金零件的制造勞動(dòng)強(qiáng)度大，手工敲修率高，成形質(zhì)量差。繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的制造方法已經(jīng)無法滿足鈑金零件制造過程中對零件表面質(zhì)量缺陷和成形幾何精度的更高要求， 所以通過基于數(shù)字化環(huán)境的鈑金精確成形技術(shù)，優(yōu)化工裝設(shè)計(jì)，提高彎邊成形的精度；通過三維模型及裝配信息來確定導(dǎo)孔位置，成為減少手工敲修量，減小人為因素對成形質(zhì)量的影響，提高生產(chǎn)、裝配效率，提高鈑金零件制造水平的主要手段。

一、封閉曲面雙彎邊結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及成型工藝分析

（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

如圖1所示其結(jié)構(gòu)中存在封閉凹彎邊，大曲率的凸斜彎邊，雖彎邊方向一致，但毛料展開效果不理想，直接成形質(zhì)量差，同時(shí)兩彎邊上需制導(dǎo)孔，若按二維圖紙尺寸劃線排孔，極易產(chǎn)生誤差，質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率低。

（2）成形工藝分析。當(dāng)鈑金零件有曲率較大的凸彎邊或凹彎邊時(shí)，由于零件在形成過程中，材料有部分收縮或拉伸，因此造成彎邊高度達(dá)不到零件規(guī)定的公差范圍，展開很難計(jì)算準(zhǔn)確，傳統(tǒng)加工方法采用鋁板下毛料制作一件合格零件后，將局部收縮或拉伸部位剪開并展平，作為制取展開的依據(jù)，按此毛料制成展開件來成形零件，經(jīng)反復(fù)試壓后，直至成形出合格零件時(shí)，就將此展開件掃描為二維展開數(shù)據(jù)集用于生產(chǎn)下料。

零件的主要成形方式為橡皮囊液壓成形，可簡稱為橡皮成形。橡皮成形是利用橡皮墊或橡皮囊作為凹模（或凸模）加壓成型的方法。

二、切鉆實(shí)體的技術(shù)難點(diǎn)及解決措施

（1）技術(shù)難點(diǎn)。在傳統(tǒng)加工工藝中，切鉆樣板用于小批量中的零件切割和鉆孔，切鉆樣板按標(biāo)準(zhǔn)零件切割和鉆孔，標(biāo)準(zhǔn)零件的導(dǎo)孔需要按二維圖紙來協(xié)調(diào)。對于復(fù)雜曲面、大曲率彎邊導(dǎo)孔的鉆制精度難以保證。由于毛坯存在差異，零件表面成形質(zhì)量不穩(wěn)定，為保證裝配要求，需要在零件上預(yù)留余量，這樣就降低了裝配效率。

（2）解決措施。隨著基于軟件的鈑金精確成形技術(shù)的逐步應(yīng)用，考慮到模具結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)環(huán)境等影響，可在毛料上進(jìn)行補(bǔ)償加工，來提高毛料一次成形的準(zhǔn)確性，也可對模具設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，如完善回彈補(bǔ)償，增加側(cè)壓塊等來提高表面質(zhì)量。通過參照切鉆樣板形式，提出依據(jù)三維模型及裝配信息文件來定位導(dǎo)孔在復(fù)雜零件表面上的位置，然后對復(fù)雜零件表面進(jìn)行展開，并將所需孔位反映到相應(yīng)的復(fù)雜邊沿上，結(jié)合毛料件由生產(chǎn)單位按完整零件制成與型架有協(xié)調(diào)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)零件，這樣來設(shè)計(jì)切鉆實(shí)體的總體思路。

首先對于制作鉆孔樣板定位困難的問題，可按實(shí)際零件生產(chǎn)出符合零件外緣的切鉆實(shí)體，做為和鉆孔樣板相配合使用的協(xié)調(diào)樣板。但區(qū)別于傳統(tǒng)切鉆樣板的生產(chǎn)模式，可采用以三維數(shù)模為依據(jù)制造模胎，依據(jù)二維展開數(shù)據(jù)集下料，做到以三維數(shù)模為基礎(chǔ)的數(shù)字化傳遞模式，取代模擬量數(shù)據(jù)傳遞。其次，對于鉆孔樣板的孔位取制，可依據(jù)三維模型和裝配信息文件來定位導(dǎo)孔在復(fù)雜零件表面上的位置，然后對復(fù)雜零件表面進(jìn)行展開，并將所需孔位反映到相應(yīng)的復(fù)雜邊沿上，分別以法線方式投影到內(nèi)、外兩層曲面上。

針對鉆孔樣板的協(xié)調(diào)問題，可采用與切鉆實(shí)體相配合的方式來實(shí)現(xiàn)原外形樣板與新制導(dǎo)孔實(shí)體的協(xié)調(diào)，為未展開各個(gè)曲面在切鉆實(shí)體外緣的分布，通過曲面來控制定位線的位置，在通過定位線來協(xié)調(diào)帶導(dǎo)孔孔位的展開曲面片在切鉆實(shí)體上的具體位置。通過外形樣板和展開曲面上定位線的協(xié)調(diào)，可在切鉆實(shí)體上鉆取所需的導(dǎo)孔孔位。標(biāo)準(zhǔn)零件要和切鉆實(shí)體表面相貼合，邊沿允許留適當(dāng)余量，由使用單位試鉆孔合格后，再按其制作切鉆實(shí)體，通過數(shù)字化協(xié)調(diào)手段改進(jìn)切鉆實(shí)體定位形式，保證曲面零件制孔后滿足圖樣尺寸和裝配要求。

綜上，對于封閉曲面雙彎邊零件成形率低，生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，在以軟件仿真完善的二維展開數(shù)據(jù)集下料后，可顯著改善下料精度，保證最終成形時(shí)的準(zhǔn)確性；相對于手工鉆孔，通過切鉆實(shí)體上的導(dǎo)孔孔位來確定零件上導(dǎo)孔位置，再進(jìn)行擴(kuò)孔，節(jié)省查看二維圖紙，手工劃線的過程，將切鉆實(shí)體覆蓋與實(shí)際零件之上即可完成孔位確定。此類多曲面多彎邊零件在生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用，在生產(chǎn)階段依據(jù)數(shù)字化模型完成毛料件的精確成形和裝配導(dǎo)孔位置的確定，可確保零件的表面質(zhì)量，顯著提高加工效率，簡化加工流程，可做到無余量的加工，零件的精確成形得到保證，滿足日益增長的對精確成形、裝配的需求，也完全符合現(xiàn)代航空制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。

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（作者單位：沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司）