【中國機床商務網(wǎng)】導讀：鈑金件是構成航空航天等產(chǎn)品外形、結構和內(nèi)裝的主要零件。以飛機產(chǎn)品為例，三代機與二代機對比，鈑金件總零件減少，但其數(shù)量比例并未減少，約占飛機零件數(shù)量的50%。在航空航天產(chǎn)品研制中，大型整體壁板、曲線彎邊框肋零件、導彈加強框等復雜鈑金件精密成形是關鍵性技術之一。基于數(shù)字化技術發(fā)展精密成形是世界各國在鈑金成形技術發(fā)展趨勢方面一致的認識。本課題首先描述了鈑金零件制造技術的發(fā)展需求和數(shù)字化制造技術基礎，分析了鈑金數(shù)字化制造技術的核心，zui后介紹了典型應用實例。
　　
　　航空航天產(chǎn)品對鈑金件制造技術的要求
　　
　　隨著航空航天產(chǎn)品的發(fā)展，對鈑金零件的表面質量、形狀精度、成形過程穩(wěn)定性、成形后性能、產(chǎn)品合格率等的要求日益提高。新型飛機氣動外形要求更嚴、壽命要求長，鈑金件不許敲擊成形，對鈑金件的要求不只是貼合，而且要有穩(wěn)定的質量和性能狀態(tài)，飛機機翼外形相對理論外形的偏差一般要小于0.5，不平滑度小于0.05~0.15，鈑金件彎邊高度的精度要求是H+0.2-0.1。而靠樣板等模擬量協(xié)調(diào)制造的工裝外形誤差往往達0.2~0.3mm，局部甚至高達0.5mm，要提升鈑金成形技術水平，鈑金件制造的數(shù)字化是必然選擇。
　　
　　與其他加工制造方法相比，鈑金制造數(shù)字化有著更為復雜的技術難題。首先，鈑金件外形復雜、薄板料，制造過程包括下料、成形等多個工序，其數(shù)字化定義不僅包括零件本身的定義，更包括工序件的定義和優(yōu)化。為達到精密成形，如何在考慮塑性變形特點、成形回彈等因素的基礎上進行毛坯定義、成形工藝數(shù)模定義，如何解決鈑金件制造中模具型面的傳遞與控制等問題變得十分復雜。其次，鈑金件成形是塑性變形過程，由于物理上的非線性所帶來的不*性、不可逆性等引起的工藝上的不確定性，在影響鈑金成形質量和生產(chǎn)效率的諸多因素中，能夠*定量把握的并不多。第三，鈑金成形過程是一次性的，在較短時間內(nèi)完成成形過程。成形過程中需控制的主要是成形力、溫度等工藝過程參數(shù)，而非坐標等幾何參數(shù)，控制難度更大。由于材料性能的不穩(wěn)定性和隨機性，使工藝參數(shù)設計和成形過程控制十分困難。因此，需從成形工藝設計、制造模型定義、模具型面控制與設計、工藝過程模擬與綜合優(yōu)化等方面展開研究，形成實現(xiàn)復雜鈑金件精密成形的數(shù)字化制造整體解決方案。
　　
　　鈑金數(shù)字化制造技術基礎
　　
　　鈑金件數(shù)字化制造是在考慮塑性變形特點、成形質量要求等因素基礎上，以數(shù)字化技術為手段，通過合理的制造模型數(shù)字化定義、模具數(shù)字化設計制造、優(yōu)化的加工工藝參數(shù)及成形過程控制，使零件成形后不需要加工或僅需少量加工就可滿足質量要求，其過程見圖1。

　　
　　鈑金件數(shù)字化制造技術基礎包括以下方面。
　　
　?。?）鈑金件工藝數(shù)字化設計技術：以鈑金件制造模型信息為依據(jù)，完成制造指令設計、工藝參數(shù)計算，生成鈑金車間加工零件的生產(chǎn)性工藝文件。通過對鈑金材料性能數(shù)據(jù)、典型流程、工藝參數(shù)等工藝知識進行積累，把大量經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)轉化為企業(yè)內(nèi)共享知識，通過知識重用技術在鈑金制造過程中從知識庫中提取合適知識用于鈑金成形工藝設計，提高鈑金工藝設計效率和成形質量。
　　
　?。?）鈑金件制造模型定義技術：鈑金零件從毛坯到成品零件的成形過程由多個工序組成，下料工序的毛坯和排樣模型、成形工序的工件模型和回彈修正模型等共同構成了制造模型。制造模型的定義是進行成形工藝過程和模具設計的基本依據(jù)，控制著零件精密成形過程。對鈑金零件，需考慮零件材料、變形特性等因素，建立毛坯和工藝模型的計算工具，為工裝設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控編程等提供數(shù)據(jù)源，以滿足零件精密成形的需要。
　　
　?。?）鈑金件成形模具設計與制造技術：鈑金零件剛度小，橡皮囊液壓成形、蒙皮拉形、型材拉彎、導管彎曲、沖壓成形等成形工藝，必須用體現(xiàn)零件尺寸和形狀的成形模具來制造，以保證其形狀和尺寸的準確度。難點在于為了避免成形缺陷（回彈、起皺、破裂等），實現(xiàn)精密成形，模具形狀與zui終零件形狀并不相同。以制造模型為依據(jù)，運用數(shù)值模擬等技術手段建立模具型面和尺寸修正的綜合優(yōu)化技術，保證精密成形。
　　
　?。?）鈑金件成形數(shù)控編程與設備控制技術：鈑金數(shù)控成形設備已得到廣泛應用，一些重點鈑金成形設備均采用了數(shù)控化，如數(shù)控下料銑、數(shù)控拉形機、數(shù)控彎管機、數(shù)控拉彎機、數(shù)控噴丸機等。鈑金成形設備的數(shù)控化使生產(chǎn)效率、精度和產(chǎn)品適應性較手工成形大為提高。對蒙皮拉形、噴丸成形、數(shù)控拉彎等設備，需要控制的主要是成形力、時間等工藝過程參數(shù)，傳統(tǒng)上采用經(jīng)過多次試驗的“錄返式”方法得到控制程序，無法適應提高加工效率和質量的要求。通過解析各類設備控制程序文件的格式，開發(fā)根據(jù)工藝參數(shù)自動生成數(shù)控指令的工具，實現(xiàn)數(shù)控編程的自動化和設備的控制。
　　
　　鈑金件數(shù)字化制造技術核心
　　
　　鈑金件數(shù)字化制造過程中，各種信息均以數(shù)字形式表達和存儲，通過網(wǎng)絡在鈑金制造的工藝、生產(chǎn)等各業(yè)務部門內(nèi)傳遞和交換。從以傳統(tǒng)的模擬量為載體向以數(shù)字量為載體的制造模式的變革，核心在于2個方面：一方面是面向工藝鏈數(shù)字化定義制造模型，作為工藝、工裝設計和數(shù)控代碼生成的依據(jù)；另一方面是對工藝知識進行建庫和使用，作為信息定義的支撐，從而建立以數(shù)字量定義、傳遞與控制為主的技術體系。
　　
　　1基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制
　　
　　在鈑金件設計模型向zui終零件的移形過程中，由于成形過程中材料性能的影響以及回彈等因素，成形鈑金件的模具形狀與設計的零件zui終形狀存在一定偏差，而不是設計模型的簡單傳遞。制造模型與設計模型是同一對象的2個不同部分，適用于2個不同階段。在基于模擬量傳遞為主的鈑金件制造模式中，鈑金件制造工藝過程各環(huán)節(jié)的幾何形狀沒有嚴密的數(shù)字定義，零件制造準確度難以提高。鈑金件設計模型準確描述了zui終形狀和尺寸，但未考慮鈑金件工藝過程的中間狀態(tài)，無法解決設計信息向制造延拓的矛盾。確定工序順序和內(nèi)容后，制造模型是考慮工藝因素，把傳統(tǒng)制造模式中以模擬量作為載體的零件形狀和尺寸信息采用如圖2所示，
　　
　　基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制是通過面向工藝過程定義工件模型和工藝模型——移形到工藝裝備——生成數(shù)控程序——以數(shù)字量傳遞至數(shù)控設備這樣一個并行數(shù)字化制造過程，其實質在于毛坯組合排樣模型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗各控形節(jié)點中的CAD幾何模型直接用于成形模具設計、檢驗工裝設計、制造指令設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)；基于工裝的數(shù)字化模型，能在樣板制造、模具制造中始終保持給定的公差；考慮如圖2所示，基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制是通過面向工藝過程定義工件模型和工藝模型——移形到工藝裝備——生成數(shù)控程序——以數(shù)字量傳遞至數(shù)控設備這樣一個并行數(shù)字化制造過程，其實質在于毛坯組合排樣模型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗各控形節(jié)點中的CAD幾何模型直接用于成形模具設計、檢驗工裝設計、制造指令設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)；基于工裝的數(shù)字化模型，能在樣板制造、模具制造中始終保持給定的公差；考慮回彈等因素直接修正后進行模具設計；這就消除了從檢驗標準裝備到工作裝備再到零件的模擬量傳遞的若干中間環(huán)節(jié)引起的誤差，減少了人為不確定因素的影響，改變了反復試錯的制造方式，從而實現(xiàn)精密、快速和低成本的制造。
　　
　　2基于工藝知識的鈑金件工藝過程設計
　　
　　鈑金件及其成形工藝的種類繁多、成形過程的多因素性決定了鈑金件制造依賴于在長期實踐中積累的經(jīng)驗知識，鈑金件工藝過程設計是知識需求密集的過程。在鈑金數(shù)字化制造中，除了使用CAx系統(tǒng)輔助設計工作之外，同時還需要鈑金制造知識的支持。對已有知識的重用包括知識建庫和知識使用2個基本的過程。如圖3所示，
　　
　　基于知識的鈑金制造要素定義是對鈑金制造領域知識進行建庫存儲，在鈑金件數(shù)字化制造過程中，應用系統(tǒng)根據(jù)鈑金零件信息從知識庫中檢索已有知識而使知識重現(xiàn)，形成問題的解，同時創(chuàng)建的新知識不斷更新到知識庫中。
　　
　　在對企業(yè)鈑金工藝設計大量調(diào)研的基礎上，對鈑金工藝知識進行分類形成型譜圖，對基本類型知識進一步分解為信息后建立鈑金工藝知識庫框架；對知識采集和入庫，首先定義鈑金工藝領域術語，在此基礎上創(chuàng)建制造指令知識、各種成形工藝參數(shù)設計知識、成形模具設計知識等內(nèi)容。采用基Web的架構對知識進行管理，分布式環(huán)境便于工藝人員查閱、選用、修正和不斷積累。
　　
　　典型應用案例
　　
　　1框肋零件橡皮囊液壓成形
　　
　　框肋零件是飛機機體骨架中的組件，擔負著確定飛機外形和承受氣動載荷的雙重任務。框肋零件的結構要素包括腹板、彎邊、加強窩、加強槽、減輕孔、下陷等。彎邊按幾何形狀分為直線彎邊、凸曲線彎邊、凹曲線彎邊，有氣動外形要求的零件彎邊有較嚴格的精度要求。
　　
　　采用基于制造模型的數(shù)字量傳遞方法，橡皮囊液壓成形模具外形的設計（見圖4）依賴于制造模型中的成形工藝模型而不是直接依賴零件原始數(shù)模。成形工藝模型考慮了零件的回彈等因素，給出修正方案及修正參考值，對型面和尺寸進行了合理的預修正。通過對框肋零件回彈修正設計知識的整理和存儲，建立框肋零件回彈修正模型設計知識庫，支持框肋零件回彈量的預測。以制造模型為框肋零件橡皮囊液壓成形工藝過程的數(shù)據(jù)源，改變了反復試錯的制造方式，簡化了模具設計的工作，減少了人為不確定因素的影響，提高了模具設計的效率，同時可保證零件成形后的精度，提高零件制造的質量，實現(xiàn)零件的精密、快速和低成本的制造。
　　
　　2型材拉彎成形
　　
　　航空航天產(chǎn)品結構中型材零件有框、肋梁的緣條和長桁零件等，是構成產(chǎn)品骨架的主要結構件。以導彈加強框為例，該類零件是導彈橫向承力元件，除了維持彈身外形，其主要的功用是承受彈身的橫向集中載荷，由于導彈產(chǎn)品對零件強度的要求使得零件壁厚、材料硬度大，難于成形。通過發(fā)展拉彎過程成形與智能控制技術，建立數(shù)字化拉彎系統(tǒng)，如圖5所示。
　　
　　根據(jù)拉彎毛料的材料特性、幾何形狀、模具外形尺寸、機床工作參數(shù)、加載方式、摩擦潤滑情況，結合塑性力學與工藝參數(shù)設計知識庫，計算拉彎工藝參數(shù)，根據(jù)計算參數(shù)自動生成數(shù)控加工程序，用以控制數(shù)控拉彎機成形過程，該技術已將回彈角控制精度由1.2°提高至0.2°，實現(xiàn)型材零件精密成形。
　　
　　結束語
　　
　　數(shù)字化是現(xiàn)代制造技術發(fā)展的核心。航空航天產(chǎn)品鈑金件種類繁多、結構復雜，既具有共同的生產(chǎn)特性，又具有各自的工藝特點，制造模型和工藝知識是鈑金件數(shù)字化制造的核心所在。由于鈑金工藝的特點其實現(xiàn)數(shù)字化的難點，鈑金精密制造技術發(fā)展需要從基礎研究、應用研究、成果工程化這樣一個過程緊密銜接，經(jīng)過長時間的自主研究和工程化過程，絕非引入幾套設備、軟件就可以形成實現(xiàn)精密成形的鈑金件數(shù)字化制造技術能力。近年來，國內(nèi)在國防基礎科研、民機專項等項目支持下，結合型號產(chǎn)品的研制，已突破了多項關鍵技術，為我國全面掌握精密成形技術奠定了基礎。
　　
　　數(shù)字量表達和定義，是工藝資源設計和工藝過程進一步設計的依據(jù)。其作用包括用于工藝裝備設計、工藝參數(shù)和數(shù)控程序設計。

　　（文章來源：航空制造網(wǎng)）