復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件成形分析及加工

翟建武

隨著我國(guó)航空行業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)飛機(jī)制造工藝也提出越來(lái)越高的要求?；诖?，本文通過(guò)對(duì)鈑金零件成形確立、零件拆分以及展開(kāi)成形、模具設(shè)計(jì)、零件焊接等方面，就復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件成形工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述，并通過(guò)成形工藝分析，提出自己一點(diǎn)看法。

鈑金是一種針對(duì)金屬薄板（通常在5mm以下）一種綜合冷加工工藝，其中包括折、剪、沖/切/復(fù)合、拼接、鉚接、成型等。其最顯著的特征就是零件成形厚度一致。在航空工業(yè)中，鈑金零件幾乎占據(jù)飛機(jī)總數(shù)量的65～75%，而且由于飛機(jī)的特殊性，需要的鈑金零件品種多、數(shù)量少、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，能夠直接影響到飛機(jī)整體的質(zhì)量以及生產(chǎn)周期，其中一些零件甚至需要反復(fù)加工才能正常使用，這也是飛機(jī)零件成形困難的主要原因。

1鈑金零件成形可行性分析

本文選用材料為316L不銹鋼板，其厚度為0.3mm，其標(biāo)準(zhǔn)為ASTM A240。材料優(yōu)點(diǎn)包括：1）耐常規(guī)腐蝕性；2）耐大氣腐蝕性；3）高溫強(qiáng)度高；4）無(wú)磁性；5）冷軋零件光澤度好。加工復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件存在的困難包括：1）延展性差；2）轉(zhuǎn)角處難以加工；3）存在未知條件（曲面弧度），模具設(shè)計(jì)困難；4）外形尺寸設(shè)計(jì)困難；5）焊接難度系數(shù)大。鈑金零件成形需要通過(guò)三維設(shè)計(jì)軟件的幫助才能完成，具體步驟為：1）運(yùn)用數(shù)字化方式建立三維模型坐標(biāo)，并且確立高于零件底面1mm處為平面坐標(biāo)；2）在三維設(shè)計(jì)軟件中，設(shè)置零件材料、材料厚度，并運(yùn)用可成形性一步式厚度設(shè)置對(duì)零件進(jìn)行有效分析，在零件厚度設(shè)置變化過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在折彎拐角處變化達(dá)到最大，所以以此判斷，拐點(diǎn)處在形成過(guò)程中容易出現(xiàn)起皺問(wèn)題；3）運(yùn)用軟件對(duì)零件應(yīng)力分布進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)形成性應(yīng)力在折彎拐角處變化最大，所以以此判斷成形時(shí)拐角處容易產(chǎn)生拉裂。這些實(shí)驗(yàn)如果在現(xiàn)實(shí)中摸索試驗(yàn)，將會(huì)造成非常高的經(jīng)濟(jì)損失，而利用三維設(shè)計(jì)軟件，便能夠通過(guò)分析，最大限度的減少設(shè)計(jì)缺陷。

2零件拆分以及展開(kāi)成形

零件拆分、成形是利用軟件對(duì)零件進(jìn)行成形預(yù)估，以便于避免零件焊接過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，具體步驟如下所示：1）根據(jù)三維設(shè)計(jì)軟件，將零件拆分為曲面成形以及平面成形，通過(guò)對(duì)零件的拆分，分別進(jìn)行加工，從而達(dá)到避免一次成型出現(xiàn)類(lèi)似起皺、拉裂的問(wèn)題出現(xiàn)；2）利用三維設(shè)計(jì)軟件分析可成形性一步式，分別對(duì)零件的應(yīng)力、厚度、應(yīng)變成型平面以及曲面進(jìn)行分析；3）當(dāng)鈑金零件設(shè)計(jì)完成以后，需要將整個(gè)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行展開(kāi).以此確定零件的其他數(shù)據(jù)，以便于進(jìn)行加工時(shí)合理運(yùn)用材料。一些三維設(shè)計(jì)軟件存在鈑金設(shè)計(jì)模塊，可將設(shè)計(jì)完成的鈑金零件自行展開(kāi)，生成平面加工使用的二維設(shè)計(jì)圖；4）根據(jù)以上幾點(diǎn)零件成形性進(jìn)行分析，并對(duì)成型方式進(jìn)行比較：如材料力學(xué)性能、零件整體成形、拆分曲面成形、拆分平面成形等方面對(duì)比發(fā)現(xiàn)，零件整體成形時(shí)整體性能超過(guò)超過(guò)了材料性能，但是存在曲面相交的情況；而零件拆分時(shí)，曲面成形以及平面成形都能夠得到有效保證，但是材料性能沒(méi)有超過(guò)材料力學(xué)性能，所以以此判斷展開(kāi)后加工工藝的零件性能比較好。

3模具設(shè)計(jì)分析

在三維設(shè)計(jì)軟件中，需要經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)步驟：1）建立模型。建立三維模型，并且確定三維模型坐標(biāo)后，可以運(yùn)用建模模塊命令，通過(guò)抽取零件所有信息命令，包括內(nèi)平面、內(nèi)曲面，然后隱藏零件模型，運(yùn)用曲面掃掠特征，分別作出掃掠后的相關(guān)曲面，然后將掃掠的信息與抽取的信息相縫合，組合成為一個(gè)新的整體；2）凸模模具。將新整體投入另外一個(gè)模板，建立平面坐標(biāo)，與隱藏的零件水平放置，并且通過(guò)拉伸成型來(lái)保證修建實(shí)體過(guò)程中模具不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在拉伸完成后，運(yùn)用修剪體命令對(duì)成形零件進(jìn)行修剪，并且在縫合體設(shè)置刀具，縫合體與刀具相剪切通過(guò)拉伸命令中求差，最后做出凸模模具；3）加工模具。在三維設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行分析，這里需要注意的是，要避免成形過(guò)程中出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。將凸模模具設(shè)置成為二維圖樣，并且記錄好具體尺寸，以便于模具出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改處理。編程技術(shù)員運(yùn)用三維模型圖配合模具加工人員進(jìn)行模具生產(chǎn)過(guò)程。其中需要注意的是在加工復(fù)雜曲面時(shí)，模具型面以模胎、樣件、模線樣板等模擬量在協(xié)調(diào)制造的過(guò)程性，模具制造精度協(xié)調(diào)性不容易得到保證，需要進(jìn)行反復(fù)調(diào)節(jié)才能達(dá)到圖樣效果。

4零件焊接

在零件焊接前，需要采用手工成形的方式，即操作人員利用凹模、凸模形成零件平、曲面，從而保證零件平、曲面與三維設(shè)計(jì)軟件中三維建模數(shù)據(jù)一致。在焊接過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題1）熱裂紋。焊縫以及熱形象區(qū)域金屬冷卻到相固線附近時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋，除此之外還會(huì)產(chǎn)生脆化、晶間腐蝕以及應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致開(kāi)裂等情況出現(xiàn)；2）焊接變形。由于焊接過(guò)程中導(dǎo)熱性差，而相固線膨脹系數(shù)大，也會(huì)產(chǎn)生焊接變形的情況出現(xiàn)。焊接工藝采取焊接模具方式，通過(guò)夾持保證平、曲面零件穩(wěn)定性，然后通過(guò)點(diǎn)焊將兩者連接在一起，再進(jìn)行滿(mǎn)焊。在此過(guò)程中，需要注意盡量采取小電流、快速焊接的方式進(jìn)行，這樣就會(huì)減少焊接過(guò)程中熱量傳遞，達(dá)到高速平穩(wěn)焊接的目的。

綜上所述，復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件成形通過(guò)三維軟件設(shè)計(jì)，與加工工藝相結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、分析、制造并行，能夠達(dá)到提高制造效率的目的。本文通過(guò)對(duì)不銹鋼板進(jìn)行分析、軟件定模、凸模模具設(shè)計(jì)加工、點(diǎn)焊平曲面零件等方式，就復(fù)雜薄壁曲面飛機(jī)鈑金零件成形進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并且得出這種方式能夠有效縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低成本、降低產(chǎn)品出錯(cuò)返工率的結(jié)論。