复杂薄壁曲面飞机钣金零件成形加工

2020-02-28岳景山

经济技术协作信息 2020年32期

◎岳景山

在飞机制造当中，钣金零件是不可或缺的重要材料，飞机生产零件中的七成左右都为钣金零件。在钣金件制造时需消耗15%左右的劳动量，钣金零件的结构较为复杂、种类繁多并且外扩尺寸相对较大，钣金件的加工质量会对整个飞机的整体制造质量产生影响，因此，在实际生产中应引入先进的机械自动化技术确保加工工作的高效开展。

一、铝合金零件的问题分析

以0.3mm 铝合金材料为例，通过分析后对其问题进行了总结，具体如下：

1.延展性差。

由于铝合金材料相对较薄，因此其延展性并不高。

2.无法一次转角成型。

转角成形时难以一次完成，且转角时会出现拉裂或起皱现象。

3.模具设计难度高。

由于模具设计不同，曲面加工位置也存在差异，因此，模具设计存在较高难度，会对零件加工的高效开展产生影响。

4.加工成本高。

由于钣金零件较为复杂，因此在三维曲面设计时需进行多次工艺实验，因此加工成本相对较高，制造企业的经济效益难以有效提升。

5.焊接难度高。

钣金零件焊接时需使超薄焊接加工方式进行三维曲面的加工，因此焊接时难度较大，这会使工作量显著增加，进而降低加工效率。

二、钣金零件成形的可行性分析

1.在钣金件模型设计时可使用三维设计软件，但在此过程中应引用参数化命令，为在真正意义上促使另一个平面可在零件下面生产不许借助科学的手段实现对三维模型坐标的建立。注意将其高度保持在距离地面1mm 的距离。在实际对相应位置进行设定时注意与软件中航空钣金设计模块的有机结合。

2.可应用CATIA 软件进行钣金件厚度的分析，应合理进行加工材料的厚度选择，并对零件材料的特性进行科学设置，进而确保钣金零件后续成形加工工作的开展。在钣金零件成形加工过程中，其厚度会与之前产生变化，且折弯拐角处的变化率将会持续增大，因此，在拐角处极易出现起皱问题。

3. CATIA 软件中能够进行成形性的应力分布，通过应力分布图形，能够得到，该零件具有比较大的应力变化特性，零件应力分布在58.3MPa-427.5MPa，其中，应力变化则是在折弯拐角外呈现最大，能够达到最大的427.5MPa。这种变化非常大的拐角点能够看出，折弯拐角容易受到损坏。

4. 应用CATIA 软件还能实现零件的应变分析，从结果中分析，可以看出，零件应变具有比较大的变化，应变从0.0168 变化至0.2345。同样，最大的应变则是出现在拐角位置，造成容易出现一定的起皱和拉裂的情况。

5. 运用CATIA 软件可实现钣金零件的进一步分析，通过分析展开图形可发现多处相交问题，在CAE 软件的应用下，可将平面看不到的内容进行有效展现，可减少设计缺陷问题的发生率。

三、零件的拆分与展开成形

1.钣金件的拆分。

（1）应用CATIA 软件可对钣金零件的成形性进行有效分析，可根据具体的情况将两个加工零件拆分为两个部分，一是曲面部分，二是平面部分，通过零件拆分可降低加工难度，进而减少成形加工中拉裂问题的发生率，也可避免起皱问题的出现。

（2）在CATIA 软件的支持下，可分析钣金零件的应力变化情况及厚度，进而实现对成形平面及曲面的设计分析。

2.钣金件展开成形。

应对板料形状进行明确，确定其尺寸进而确保钣金件的有效展开。如果采用传统方式由人工进行展开成形，在人的经验因素影响下，展开成形存在的问题有：展开成形效率较低，且易出现错误，需进行多次试验；工作量高，展开成形过程较为繁琐；展开成形的精度不高，展开过程主要依赖经验进行，因此存在材料及人工成本浪费的情况。然而在计算机辅助下，应用CATIA 软件进行自动化的钣金模型展开，可实现一维加工，通过对展开后的形状进行自动计算，可使钣金件的加工精度更高，可有效降低加工失误率。

3.整体成形与拆分成形对比结果。

钣金件成形性分析之后，通过对比拆分成形及整体成形可发现，整体成形的钣金零件的应力情况以及厚度值都与加工材料的力学性能不相符，会导致曲面相关现象的出现。

四、快速设计模具

利用三维设计软件CATIA 中的模块建模指令，能够保证建立切合实际应用的三维模型，同时，进行三维坐标确立，利用抽取体命令，能够有效对于内曲面、内平面进行零件抽取，使得三维模型隐藏化，通过曲面扫掠，能够实现得到相关处理后的曲面，保证其和抽取体能够有效缝合处理，变成整体进行处理。然后，平面建立在零件中，保持水平状态，经过拉伸操作，有效修剪成为模具成形，并且进行定位处理。应该在拉伸的基础上，利用修剪体命令进行有效修剪处理，要求实现目标体和刀具体之间的剪切处理，根据实际生成凸模成形形状，然后，通过拉伸命令中的求差操作，有效得到凸模模具。同样，根据三维软件，同样可以得到相应的上模模具，凹模模具。