飛機蒙皮多點模具拉形制造的技術與運用

傘永秋

哈爾濱飛機工業(yè)集團，黑龍江 哈爾濱 150060

在現(xiàn)階段，飛機蒙皮拉形所運用的模具均是實體為主，生產(chǎn)蒙皮的時候，每一項都需要有對應的模具。模具的生產(chǎn)制造也是一個過程，從修模到試產(chǎn)，這樣從經(jīng)濟成本到生產(chǎn)周期來講，都會無形增加很大的成本。當前針對實體模具拉形出現(xiàn)的缺陷，一個有效的解決路徑就是多點模具技術。這個技術通過將連續(xù)型面進行離散，足成規(guī)則化的、可調整的釘柱包絡面，進而制造出不同的型面，最終達到不需要更換模具的目的。

1 蒙皮多點拉形技術的關鍵和核心

蒙皮多點拉形制造應用體系由如下幾個系統(tǒng)構成:數(shù)控拉形、運動仿真、工藝仿真、工藝優(yōu)化、切邊、工藝設計以及數(shù)字化測量。其中最重要的系統(tǒng)組成包括了:運動仿真、工藝仿真、工藝設計和工藝優(yōu)化系統(tǒng)。

1.1 工藝設計系統(tǒng)

對于整個生產(chǎn)體系來講，作為模具型面的參考計算參數(shù)有拉形軌跡、釘高數(shù)據(jù)、毛料尺寸等等，數(shù)控拉形機所具有的設備參數(shù)和模具型面是毛料尺寸的計算依據(jù)。而最初始的模具型面是根據(jù)CATIA提取所需零件的外部形狀等相關信息作為拉形形成所需的幾何模面的同時，還需要對這些幾何模面進行必要的工藝修飾。多點模具進行釘柱所需的高度調形相關數(shù)據(jù)作為釘高的數(shù)據(jù)，釘柱球頭的包絡面是由釘高數(shù)據(jù)調形產(chǎn)生的模具型面而得到，最終形成多點模具。

1.2 工藝仿真系統(tǒng)和工藝優(yōu)化系統(tǒng)

圖1 工藝仿真流程和工藝優(yōu)化流程

在多點模具拉形中，理想零件和拉形零件之間出現(xiàn)幾何差異的主要產(chǎn)生因素包括了如下兩個方面:零件自身回彈和墊層變形。可以說這兩個方面的影響是非常的巨大的，是影響生產(chǎn)精度的關鍵因素。為了提升質量，降低修模頻率，要求在蒙皮拉形工藝過程中，補償回彈和墊層變形（圖1描述了具體的流程）。首先在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的基礎上通過Pam-stamp 有限元軟件建立有限元模型，而涉及的關鍵數(shù)據(jù)，比如模具型面的大小，拉形的具體軌跡，板料等等，都需要在工藝設計系統(tǒng)里面進行精確的計算；其次在模擬拉形過程在，對結果和理想的情況予以對應的比較，如果精度符合要求，就輸出型面，如果沒有達到要求，需要重新予以判斷，進行補償，直到精度符合理想要求。

1.3 運動仿真系統(tǒng)

通過呈現(xiàn)生產(chǎn)過程，運動仿真能夠降低軌跡錯誤發(fā)生幾率，減少意外碰撞，對潛在問題予以及早發(fā)現(xiàn)。無論是為了生產(chǎn)的需要，還是為了實驗的需要，本文界定自己的研究內容為:FET600型數(shù)控拉形機運動仿真系統(tǒng)，該機型生成數(shù)控代碼的具體方法。模擬仿真的完成需要系統(tǒng)能夠讀入軌跡，并對參數(shù)予以計算轉換。具體的計算方法是:參數(shù)轉換的方法必須要在輸出機構的基礎上進行對應的動態(tài)坐標系的建立。同時，選擇任何一個驅動件或者任何一個靜止的位置上（相對于驅動件）進行動態(tài)坐標的建立。數(shù)控拉形機的關節(jié)點在動態(tài)坐標系的位置矢量 r'和動態(tài)坐標系各方向軸在靜態(tài)坐標系的方向余弦矩陣t是根據(jù)拉形軌跡求得的，之后，通過式（1）進行變換而得到靜態(tài)坐標系中的位置矢量r。同時，通過進行各個作動筒對應的伸縮數(shù)據(jù)進行計算，由此產(chǎn)生數(shù)控代碼，最終實現(xiàn)可輸入數(shù)控拉形機控制機床運動。公式如下:

注:od表示動態(tài)坐標系之中的坐標原點對應于靜態(tài)坐標系之中的具體位置矢量。

2 應用生產(chǎn)制造蒙皮多點拉形技術的具體體系

這里選擇某型號之具體的零件作為研究的實例進行對應的解說。圖1描述了借助于多點拉形制造應用體系對零件進行實際的生產(chǎn)加工制造的具體情況，進一步的證實了系統(tǒng)本身具有很強的實用性。下文作出具體的分析和描述:首先獲得如下關鍵參數(shù)的具體數(shù)據(jù):拉形軌跡、毛料及初始模具型面，這些數(shù)據(jù)的獲得需要借助于設計系統(tǒng)進行對應的計算，計算后將獲得的數(shù)據(jù)輸入仿真優(yōu)化系統(tǒng)，獲得優(yōu)化型面，按照該優(yōu)化結果，借助于設計系統(tǒng)，展開計算，獲得拉形軌跡以及釘高數(shù)據(jù)。需要強調的是，模具外形的獲得需要借助于釘柱高度的調節(jié)得到實現(xiàn)，調節(jié)釘柱高度需要借助于釘高數(shù)據(jù)；數(shù)控代碼的獲得則需要借助于仿真系統(tǒng)按照拉形軌跡得到實現(xiàn)。對于 FET600 型數(shù)控拉形機來講，其控制目的的實現(xiàn)需要借助于數(shù)控代碼，拉形的完成是在多點模具上得到實現(xiàn)的，是需要依照拉形軌跡借助運動得到實現(xiàn)的。最終，通過對成形零件展開測量分析，予以粗切邊獲得最終想要得到的零件，按照分析能夠得出:誤差的控制范圍為正負半毫米的范圍之內，這樣才算是在精度上達到了具體的要求。

3 結論

本文借助于實例，根據(jù)自己研發(fā)之多點模具，對生產(chǎn)制造多點拉形技術進行了深入的討論，通過在實用層面的具體說明，從系統(tǒng)獲得關鍵性的數(shù)據(jù)，對實際蒙皮進行拉形，讓蒙皮零件最終成為合格產(chǎn)品。可以說無論是在實際的生產(chǎn)應用層面，還是在對應的理論研究層面上，本技術都具有很高的價值，值得推廣應用。

[1]周朝暉，蔡中義，李明哲.多點模具的拉形工藝和數(shù)值模擬[J].吉林大學學報:工學版，2005，35(3):287-291.

[2]Tech Update:Reconfigurable stretch-forming die,Metal Forming magazine，2003，17(5):14.