一種復(fù)雜蒙皮零件典型工藝模型研究

方寶林，李仁花，張文俊，劉洋洋

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

蒙皮零件是構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形及包住內(nèi)部結(jié)構(gòu)框架的包皮[1]。蒙皮承受空氣動(dòng)力作用，受力復(fù)雜，直接與外界接觸，不僅要求蒙皮材料強(qiáng)度高、塑性好，還要求表面光滑，有較高的抗蝕能力[2，3]。復(fù)雜蒙皮零件工藝模型數(shù)字量的傳遞是蒙皮零件精確成形的保證[4]。

現(xiàn)階段該復(fù)雜蒙皮工藝模型的建模過程尚沒有形成統(tǒng)一的建模規(guī)范，建模過程周期長，同類零件工藝模型的建模方法和所建立的模型存在很大的差異，不能完全滿足實(shí)際生產(chǎn)的加工需求[5]。工藝模型設(shè)計(jì)人員在建模過程中浪費(fèi)了大量時(shí)間做同一類工作，還不能滿足使用單位的要求，因此給設(shè)計(jì)單位和使用單位造成了極大的不便。復(fù)雜蒙皮零件工藝模型幾何特征與非幾何特征較多，建模人員往往依賴自身經(jīng)驗(yàn)，并無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可循；沒有對(duì)工藝模型的數(shù)據(jù)收集進(jìn)行統(tǒng)一管理和分析，造成相關(guān)經(jīng)驗(yàn)積累和借鑒困難[6]。

本文采用試驗(yàn)驗(yàn)證的方法建立復(fù)雜蒙皮零件開DA 孔工藝模型建模方法，最終確定此類型零件工藝模型的建模方法。

1 試驗(yàn)過程

1.1 試驗(yàn)對(duì)象

選取某型飛機(jī)典型蒙皮零件產(chǎn)品數(shù)模中站位X11002 到 X11602（24 框與 25 框段）、長度為 600mm的一段實(shí)體為試驗(yàn)對(duì)象。產(chǎn)品模型如圖1 所示，零件內(nèi)表面由蒙皮內(nèi)形面和尺寸及深度不同的18 個(gè)銑切槽構(gòu)成，零件外部有2 個(gè)長、寬尺寸約為16mm 并與蒙皮厚度一致的兩個(gè)定位耳片組成，在零件內(nèi)形面開出由序號(hào)從 1 至 28 的 28 個(gè) DA 孔。

圖1 蒙皮零件模型

1.2 試驗(yàn)方案

1）在產(chǎn)品數(shù)模中，分別利用數(shù)模的中性層（即零件模型的中間厚度層），1/4 層 （外形面向內(nèi)形面偏移0.4mm 厚度層），外形面和內(nèi)形面為基準(zhǔn)面進(jìn)行展開，分別建立展開工藝模型。在每一個(gè)展開工藝模型上根據(jù)產(chǎn)品模型上的28 個(gè)直徑為φ2.5 的DA 孔位置，開出相應(yīng)的展開工藝模型上的DA 孔。

2）為便于后文的闡述，以下四個(gè)試驗(yàn)件中，以中性層、1/4 層、外形面及內(nèi)形面為基準(zhǔn)面進(jìn)行展開的試驗(yàn)件代號(hào)依次簡稱為ZXM、SC1-2、WBM 及NBM。

1.3 試驗(yàn)件加工方法

試驗(yàn)件的主要制造工序依次是數(shù)控銑毛料、滾彎成形及吸附加工等過程。

1.4 測量過程

1） 根據(jù)上述四種展開方式，加工完成后的四個(gè)零件，分別在檢驗(yàn)?zāi)＞呱希捎眉す飧檭x進(jìn)行貼模檢測，測量距離DA 孔為6.35 的中心點(diǎn)（測量靶球中心點(diǎn)）。

2） 由于零件成型后反彈上翹，沒有完全貼模，按照驗(yàn)收要求在增加壓塊和手工按壓的同時(shí)，對(duì)DA 孔中心的三維坐標(biāo)值進(jìn)行了測量。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)分析

4 個(gè)試驗(yàn)件DA 孔中心與產(chǎn)品數(shù)模DA 孔中心位置偏差如表1 所示，表中主要顯示了試驗(yàn)件DA 孔中心與產(chǎn)品數(shù)模DA 孔中心距離值。

表1 4 個(gè)試驗(yàn)件DA 孔中心與產(chǎn)品數(shù)模DA 孔中心偏差

續(xù)表1

由于試驗(yàn)過程中，點(diǎn)3 和點(diǎn)16 位置回彈上翹比較嚴(yán)重，盡管采取了手工按壓的方法，但不能保證零件的完全貼模，形成了一定的試驗(yàn)誤差，因此表1 中點(diǎn)3 和點(diǎn)16 偏差比較大。

根據(jù)表1，表2，圖2 分析數(shù)據(jù)得到以下結(jié)論：

表2 4 個(gè)試驗(yàn)件中DA 孔中心與產(chǎn)品數(shù)模DA 孔中心偏差最小值表

續(xù)表2

圖2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖

1） 平均值：從偏差的平均值來分析，SC1-2 試驗(yàn)件平均偏差最小為0.246。

2） 從去掉最大偏差值的平均值來分析, SC1-2試驗(yàn)件平均偏差最小為0.218。

3） DA 孔中心最小偏差：從每個(gè)孔的4 種方法測量的孔中心到零件產(chǎn)品數(shù)模DA 孔中心最小偏差來分析，SC1-2 試驗(yàn)件中有10 個(gè)孔中心偏差最??；NBM 試驗(yàn)件中有11 個(gè)孔中心偏差最?。籞XM 試驗(yàn)件中有5 個(gè)孔中心偏差最?。籛BM 試驗(yàn)件中有2 個(gè)孔中心偏差最小。

4） 四個(gè)試驗(yàn)件DA 孔中心與零件產(chǎn)品數(shù)模DA孔中心偏差小于0.2 的情況：SC1-2 試驗(yàn)件中有18個(gè)孔中心偏差小于0.2；NBM 試驗(yàn)件中有18 個(gè)孔中心偏差小于0.2；ZXM 試驗(yàn)件中有14 個(gè)孔中心偏差小于0.2；WBM 試驗(yàn)件中有7 個(gè)孔中心偏差小于0.2。

2.2 分析試驗(yàn)存在的問題

1） 此試驗(yàn)中展開模型長度與三維產(chǎn)品數(shù)模在展向幾何尺寸上存在長度偏差：

SC1-2 試驗(yàn)件展開后縮短 0.405mm；ZXM 試驗(yàn)件展開后縮短0.811mm；WBM 試驗(yàn)件展開后不變；NBM 試驗(yàn)件展開后縮短1.622mm。

2） 展開模型的建模過程中開DA 孔方法：

（1）在此試驗(yàn)過程中展開模型的建模方法：首先在零件產(chǎn)品數(shù)模上開出28 個(gè)DA 孔，然后基于帶28個(gè)DA 孔的曲面展開，最后運(yùn)用帶孔展開的片體增厚成形。

（2）傳統(tǒng)建模方法：在零件產(chǎn)品數(shù)模上相應(yīng)地展開基準(zhǔn)曲面上投影28 個(gè)DA 孔中心點(diǎn)，對(duì)帶28 個(gè)DA 孔中心點(diǎn)的展開基準(zhǔn)曲面進(jìn)行展開，運(yùn)用所展開的曲面進(jìn)行片體增厚成形，運(yùn)用展開的28 個(gè)DA 孔中心點(diǎn)在展開實(shí)體上開出DA 孔。

兩種開出DA 孔的方法進(jìn)行試驗(yàn)分析：在此零件的兩種開DA 孔的方法進(jìn)行了試驗(yàn)分析后，結(jié)論是兩種方法開出的DA 孔中心位置沒有偏差。

3） 本文沒有分析試驗(yàn)件加工誤差和激光檢測儀的測量誤差。

4） 此試驗(yàn)過程中，加工成形后的4 件試驗(yàn)件在檢驗(yàn)?zāi)＞呱蠜]有完全貼模。在進(jìn)行激光測量DA 孔中心過程中，采取了壓塊和手工按壓的方式進(jìn)行貼模，形成了一定的測量誤差。

2.3 試驗(yàn)結(jié)論

所有試驗(yàn)件DA 孔中心最大偏差集中在點(diǎn)3 和點(diǎn)16 左右，此兩點(diǎn)位置也是零件上翹比較嚴(yán)重并采取手工按壓貼模的位置。去除此兩點(diǎn)數(shù)據(jù)后，分析最后結(jié)果為：SC1-2 試驗(yàn)件平均偏差最小，為0.218，ZXC試驗(yàn)件平均偏差為0.23。其次，ZXC 試驗(yàn)件平均偏差比SC1-2 試驗(yàn)件平均偏差大0.012。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際加工方法，結(jié)合《航空制造工程手冊(cè)—飛機(jī)鈑金工藝》關(guān)于等曲率圓筒形零件按彎曲零件中性層半徑計(jì)算展開長度的規(guī)定，最終確定ZXM 試驗(yàn)件所選用的建立工藝模型的方法更合理可行，并應(yīng)用于此類蒙皮零件工藝模型的設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語

試驗(yàn)確定了復(fù)雜蒙皮零件開DA 孔工藝模型建模方法，滿足了研制的需求，同時(shí)可擴(kuò)展至其他型號(hào)產(chǎn)品蒙皮零件工藝模型設(shè)計(jì)。本文解決了復(fù)雜蒙皮工藝模型建模周期長、精度不高、建模不規(guī)范的問題，從根本上改變了該類型工藝模型依靠人工經(jīng)驗(yàn)、建模周期長和質(zhì)量差的現(xiàn)狀，提升了蒙皮零件工藝模型設(shè)計(jì)技術(shù)水平。通過技術(shù)研究培養(yǎng)既掌握最新的工藝模型建模技術(shù)又掌握科研方法的技術(shù)骨干，共同支撐企業(yè)的工藝技術(shù)能力提升。