小议航空钣金工装的实践

本文作者：肖利李雪工作单位：中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司

航空饭金工装数字化设计制造技术

与其他加工制造方法相比,饭金件的数字化设计制造有自身的特点。饭金件并非一次成形,它的制造过程包括多个工序,因此饭金件的数字化定义不仅包括零件本身的定义,更包括工序件的定义和优化。为了保证制造精度,必须根据零件形状、成形工艺、材料特性等进行成形过程中工艺数模的定义,作为工序间的制造依据和检测依据。其次,饭金件成形是塑性变形过程,无法完全定量控制。再次,饭金成形过程中需控制的主要是成形力、温度等工艺过程参数,而非坐标等几何参数,控制难度更大。由于材料性能的不稳定性和随机性,使工艺参数设计和成形过程精确控制十分困难。因此必须从成形工艺开始直至工装模具试压交付整个过程进行研究,形成饭金件数字化设计制造的解决方案,建立饭金的数字化设计制造体系。饭金数字化设计制造包括工艺数字化设计、数字化工艺数模(即制造模型)、工装数字化设计、工装模具数字化制造等内容,这些内容以产品数模库、产品工艺数据库、工艺数模库、模具设计知识库、标准件库、成形分析/仿真库等共享数据为支撑,通过数据接口与相关部门进行数据交换,由数据管理系统进行管理,进行系统集成,实现并行设计制造,从而提高饭金模具设计质量,缩短制造周期。饭金的数字化设计制造技术工艺设计和制造模型的定义是核心,应该进行以下方面的工作:建立企业共享数据库。饭金件设计是典型的知识需求密集的过程。企业在以往的制造过程中积累了大量关于饭金材料性能数据、典型流程、工艺参数等经验及试验数据,这些数据转化为共享知识,建立模具工艺知识数据库,有助于提高饭金工艺设计的效率和成形质量。此外还有模具设计知识数据库、模具数字化分析数据库等。研究饭金件制造模型定义方法,建立毛坯和工艺模型的专用计算工具,为工装设计、工艺参数设计、数控编程等提供数据源,以满足零件精密成形的需要。图1中,成形模具的外形制造依据为制造模型中的成形工艺模型而不是零件原始数模。成形工艺模型考虑了零件的回弹等因素,对型面和尺寸进行了合理的预修正。以制造模型为框肋零件橡皮囊液压成形工艺过程的数据源,改变了反复试错的制造方式,简化了模具设计的工作,减少了人为不确定因素的影响,提高了模具设计的效率,同时可保证零件成形后的精度,提高零件制造的质量,实现零件的精密、快速和低成本的制造。图1框类零件橡皮囊液爪成形过程飞机蒙皮柔性工装是数字化制造的一个典型案例。图2所示是一种柔性多点吸盘式夹持工装系统,采用数字量传递的蒙皮制造技术,与工艺数字化和数控设备结合很容易实现蒙皮零件的数字化生产,使工装制造周期大幅减少,生产效率显著提高。模具外形调整在10分钟之内可以完成,对于多品种小批量蒙皮零件的生产具有独特优势。国内北京航空制造工程研究所已经开展了这方面的工作5:。

国内航空公司的饭金工装数字化设计制造

国内航空公司在民机转包项目中通过与波音公司的合作,也逐渐开始了数字化技术的应用。配置了以CATIA软件系统为主导的三维CAD/CAM系统,实现了产品和工装的数字化设计,模具的数字化制造也已经开展多年。饭金工装的设计流程如图3所示,工装设计部门接到设计任务后,提取零件数字模型作为设计依据,图纸归档后,提交工装数字模型作为模具制造依据,模具制造部门以工装模具数字模型为依据进行数控加工。整个过程中数据模型作为设计、制造的唯一依据。题。比如工艺数模数据库。在饭金设计模型到零件最终形状的成形过程中,由于材料性能以及回弹等因素,成形饭金的模具形状与设计的零件最终形状存在一定偏差。饭金件设计模型准确描述了最终形状和尺寸,但未考虑饭金件工艺过程的中间状态,缺乏设计到制造的过渡。现在的饭金设计还无法依据产品数据模型和工艺设计提供制造用数字模型(即工艺数模),饭金设计使用的依然是设计模型,导致饭金件成形回弹后需要辅助工序进行修正,影响了饭金件质量的进一步提高,也影响到饭金件的制造效率。需要对各种材料进行进一步研究,通过仿真分析,在产品数模基础上建立工艺数模,为模具设计和数字化检测服务。再比如模具设计知识库。饭金件及其成形工艺的种类繁多、成形过程的多因素性决定了饭金件在设计制造过程中依赖于在长期实践中积累的经验知识,这些经验知识以及各种成形工艺参数知识、各类模具的设计知识等都是模具设计的重要资源,知识库的建立有助于模具设计质量和效率的提高。在质量控制方面。目前飞机质量控制方法落后于制造技术发展,人员队伍素质和能力与当前数字化制造技术深人应用不匹配。检测手段不够先进,除数控加工的结构件采用数控测量机检测外,其他零件和装配件基本上仍依赖于工装进行手工检测,精度和准确度难以满足客户要求。模具的数控制造中,高速加工、复合加工、快速原型制造和制模技术等还需要开展研究。

图3国内航空公司饭金模具设计制造流程但是在饭金设计制造过程中还存在一些问B一777实现了全球第一个全机数字样机,在55个月内完成了研制到交付使用;JSF联合攻击战斗机是第一个基于全球虚拟企业制造的飞机项目,代表了数字化制造的最高水平。这都证明了数字化设计制造技术的生命力。伴随民机转包生产和产品型号研制,国内数字化制造技术有了较大的发展,已经全面开展三维数字化设计和虚拟装配,形成了全机级和部件级的数字样机,在产品数据管理、工艺设计和工装设计制造已经基本实现了数字化技术。具体就模具设计制造而言,只是在设计和制造上实现了一些突破,初步建立了饭金工装的数字化设计流程;对于饭金工装的数字化系统而言,在工艺数模设计、知识数据库的建立、模具数字化分析与仿真、模具数字化制造仿真还有很多工作要做。