【中國機(jī)床商務(wù)網(wǎng)】導(dǎo)讀：鈑金件是構(gòu)成航空航天等產(chǎn)品外形、結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝的主要零件。以飛機(jī)產(chǎn)品為例，三代機(jī)與二代機(jī)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(jī)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(dǎo)彈加強(qiáng)框等復(fù)雜鈑金件精密成形是關(guān)鍵性技術(shù)之一。基于數(shù)字化技術(shù)發(fā)展精密成形是世界各國在鈑金成形技術(shù)發(fā)展趨勢方面一致的認(rèn)識(shí)。本課題首先描述了鈑金零件制造技術(shù)的發(fā)展需求和數(shù)字化制造技術(shù)基礎(chǔ)，分析了鈑金數(shù)字化制造技術(shù)的核心，zui后介紹了典型應(yīng)用實(shí)例。
　　
　　航空航天產(chǎn)品對鈑金件制造技術(shù)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(zhì)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(jī)氣動(dòng)外形要求更嚴(yán)、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(zhì)量和性能狀態(tài)，飛機(jī)機(jī)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(dá)0.2~0.3mm，局部甚至高達(dá)0.5mm，要提升鈑金成形技術(shù)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(fù)雜的技術(shù)難題。首先，鈑金件外形復(fù)雜、薄板料，制造過程包括下料、成形等多個(gè)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(dá)到精密成形，如何在考慮塑性變形特點(diǎn)、成形回彈等因素的基礎(chǔ)上進(jìn)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(fù)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(zhì)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(shí)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(biāo)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(jī)性，使工藝參數(shù)設(shè)計(jì)和成形過程控制十分困難。因此，需從成形工藝設(shè)計(jì)、制造模型定義、模具型面控制與設(shè)計(jì)、工藝過程模擬與綜合優(yōu)化等方面展開研究，形成實(shí)現(xiàn)復(fù)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(shù)基礎(chǔ)
　　
　　鈑金件數(shù)字化制造是在考慮塑性變形特點(diǎn)、成形質(zhì)量要求等因素基礎(chǔ)上，以數(shù)字化技術(shù)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(shè)計(jì)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(zhì)量要求，其過程見圖1。

　　
　　鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)基礎(chǔ)包括以下方面。
　　
　　（1）鈑金件工藝數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)：以鈑金件制造模型信息為依據(jù)，完成制造指令設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)計(jì)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(shí)進(jìn)行積累，把大量經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為企業(yè)內(nèi)共享知識(shí)，通過知識(shí)重用技術(shù)在鈑金制造過程中從知識(shí)庫中提取合適知識(shí)用于鈑金成形工藝設(shè)計(jì)，提高鈑金工藝設(shè)計(jì)效率和成形質(zhì)量。
　　
　　（2）鈑金件制造模型定義技術(shù)：鈑金零件從毛坯到成品零件的成形過程由多個(gè)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(gòu)成了制造模型。制造模型的定義是進(jìn)行成形工藝過程和模具設(shè)計(jì)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(jì)算工具，為工裝設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、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。
　　
　　（3）鈑金件成形模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)：鈑金零件剛度小，橡皮囊液壓成形、蒙皮拉形、型材拉彎、導(dǎo)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(zhǔn)確度。難點(diǎn)在于為了避免成形缺陷（回彈、起皺、破裂等），實(shí)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(yùn)用數(shù)值模擬等技術(shù)手段建立模具型面和尺寸修正的綜合優(yōu)化技術(shù)，保證精密成形。
　　
　　（4）鈑金件成形數(shù)控編程與設(shè)備控制技術(shù)：鈑金數(shù)控成形設(shè)備已得到廣泛應(yīng)用，一些重點(diǎn)鈑金成形設(shè)備均采用了數(shù)控化，如數(shù)控下料銑、數(shù)控拉形機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控拉彎機(jī)、數(shù)控噴丸機(jī)等。鈑金成形設(shè)備的數(shù)控化使生產(chǎn)效率、精度和產(chǎn)品適應(yīng)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(shè)備，需要控制的主要是成形力、時(shí)間等工藝過程參數(shù)，傳統(tǒng)上采用經(jīng)過多次試驗(yàn)的“錄返式”方法得到控制程序，無法適應(yīng)提高加工效率和質(zhì)量的要求。通過解析各類設(shè)備控制程序文件的格式，開發(fā)根據(jù)工藝參數(shù)自動(dòng)生成數(shù)控指令的工具，實(shí)現(xiàn)數(shù)控編程的自動(dòng)化和設(shè)備的控制。
　　
　　鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)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(dá)和存儲(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)在鈑金制造的工藝、生產(chǎn)等各業(yè)務(wù)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(gè)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(shè)計(jì)和數(shù)控代碼生成的依據(jù)；另一方面是對工藝知識(shí)進(jìn)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(shù)體系。
　　
　　1基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制
　　
　　在鈑金件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的零件zui終形狀存在一定偏差，而不是設(shè)計(jì)模型的簡單傳遞。制造模型與設(shè)計(jì)模型是同一對象的2個(gè)不同部分，適用于2個(gè)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(yán)密的數(shù)字定義，零件制造準(zhǔn)確度難以提高。鈑金件設(shè)計(jì)模型準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(shè)備這樣一個(gè)并行數(shù)字化制造過程，其實(shí)質(zhì)在于毛坯組合排樣模型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗(yàn)各控形節(jié)點(diǎn)中的CAD幾何模型直接用于成形模具設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)、制造指令設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、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(shè)備這樣一個(gè)并行數(shù)字化制造過程，其實(shí)質(zhì)在于毛坯組合排樣模型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗(yàn)各控形節(jié)點(diǎn)中的CAD幾何模型直接用于成形模具設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)、制造指令設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、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(jìn)行模具設(shè)計(jì)；這就消除了從檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(fù)試錯(cuò)的制造方式，從而實(shí)現(xiàn)精密、快速和低成本的制造。
　　
　　2基于工藝知識(shí)的鈑金件工藝過程設(shè)計(jì)
　　
　　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(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，鈑金件工藝過程設(shè)計(jì)是知識(shí)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(shè)計(jì)工作之外，同時(shí)還需要鈑金制造知識(shí)的支持。對已有知識(shí)的重用包括知識(shí)建庫和知識(shí)使用2個(gè)基本的過程。如圖3所示，
　　
　　基于知識(shí)的鈑金制造要素定義是對鈑金制造領(lǐng)域知識(shí)進(jìn)行建庫存儲(chǔ)，在鈑金件數(shù)字化制造過程中，應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)鈑金零件信息從知識(shí)庫中檢索已有知識(shí)而使知識(shí)重現(xiàn)，形成問題的解，同時(shí)創(chuàng)建的新知識(shí)不斷更新到知識(shí)庫中。
　　
　　在對企業(yè)鈑金工藝設(shè)計(jì)大量調(diào)研的基礎(chǔ)上，對鈑金工藝知識(shí)進(jìn)行分類形成型譜圖，對基本類型知識(shí)進(jìn)一步分解為信息后建立鈑金工藝知識(shí)庫框架；對知識(shí)采集和入庫，首先定義鈑金工藝領(lǐng)域術(shù)語，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建制造指令知識(shí)、各種成形工藝參數(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)、成形模具設(shè)計(jì)知識(shí)等內(nèi)容。采用基Web的架構(gòu)對知識(shí)進(jìn)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(yīng)用案例
　　
　　1框肋零件橡皮囊液壓成形
　　
　　框肋零件是飛機(jī)機(jī)體骨架中的組件，擔(dān)負(fù)著確定飛機(jī)外形和承受氣動(dòng)載荷的雙重任務(wù)。框肋零件的結(jié)構(gòu)要素包括腹板、彎邊、加強(qiáng)窩、加強(qiáng)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(dòng)外形要求的零件彎邊有較嚴(yán)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(shè)計(jì)（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(jìn)行了合理的預(yù)修正。通過對框肋零件回彈修正設(shè)計(jì)知識(shí)的整理和存儲(chǔ)，建立框肋零件回彈修正模型設(shè)計(jì)知識(shí)庫，支持框肋零件回彈量的預(yù)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(fù)試錯(cuò)的制造方式，簡化了模具設(shè)計(jì)的工作，減少了人為不確定因素的影響，提高了模具設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)可保證零件成形后的精度，提高零件制造的質(zhì)量，實(shí)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(jié)構(gòu)中型材零件有框、肋梁的緣條和長桁零件等，是構(gòu)成產(chǎn)品骨架的主要結(jié)構(gòu)件。以導(dǎo)彈加強(qiáng)框?yàn)槔擃惲慵菍?dǎo)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(dǎo)彈產(chǎn)品對零件強(qiáng)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(shù)，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(jī)床工作參數(shù)、加載方式、摩擦潤滑情況，結(jié)合塑性力學(xué)與工藝參數(shù)設(shè)計(jì)知識(shí)庫，計(jì)算拉彎工藝參數(shù)，根據(jù)計(jì)算參數(shù)自動(dòng)生成數(shù)控加工程序，用以控制數(shù)控拉彎機(jī)成形過程，該技術(shù)已將回彈角控制精度由1.2°提高至0.2°，實(shí)現(xiàn)型材零件精密成形。
　　
　　結(jié)束語
　　
　　數(shù)字化是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的核心。航空航天產(chǎn)品鈑金件種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既具有共同的生產(chǎn)特性，又具有各自的工藝特點(diǎn)，制造模型和工藝知識(shí)是鈑金件數(shù)字化制造的核心所在。由于鈑金工藝的特點(diǎn)其實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的難點(diǎn)，鈑金精密制造技術(shù)發(fā)展需要從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、成果工程化這樣一個(gè)過程緊密銜接，經(jīng)過長時(shí)間的自主研究和工程化過程，絕非引入幾套設(shè)備、軟件就可以形成實(shí)現(xiàn)精密成形的鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)能力。近年來，國內(nèi)在國防基礎(chǔ)科研、民機(jī)專項(xiàng)等項(xiàng)目支持下，結(jié)合型號產(chǎn)品的研制，已突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，為我國全面掌握精密成形技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
　　
　　數(shù)字量表達(dá)和定義，是工藝資源設(shè)計(jì)和工藝過程進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。其作用包括用于工藝裝備設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)和數(shù)控程序設(shè)計(jì)。

　　（文章來源：航空制造網(wǎng)）