數字化環境下封閉曲面雙彎邊鉆孔的研究

摘要：針對封閉曲面雙彎邊結構零件的鉆孔需求量大，手工劃線不夠準確，通過結合數字化軟件研究，探討切鉆實體新的數字化設計思路，基于CATIA V5R18環境，提出依據三維數據集，加工切鉆實體的新理念，提高封閉曲面雙彎邊結構零件的加工速度及生產精度，以低成本達到較高經濟效益。

關鍵字：封閉曲面雙彎邊、數字化、精確成形

長期以來，鈑金零件的制造勞動強度大，手工敲修率高，成形質量差。繼續沿用傳統的制造方法已經無法滿足鈑金零件制造過程中對零件表面質量缺陷和成形幾何精度的更高要求， 所以通過基于數字化環境的鈑金精確成形技術，優化工裝設計，提高彎邊成形的精度；通過三維模型及裝配信息來確定導孔位置，成為減少手工敲修量，減小人為因素對成形質量的影響，提高生產、裝配效率，提高鈑金零件制造水平的主要手段。

一、封閉曲面雙彎邊結構的特點及成型工藝分析

（1）結構特點：

如圖1所示其結構中存在封閉凹彎邊，大曲率的凸斜彎邊，雖彎邊方向一致，但毛料展開效果不理想，直接成形質量差，同時兩彎邊上需制導孔，若按二維圖紙尺寸劃線排孔，極易產生誤差，質量不穩定，生產效率低。

（2）成形工藝分析。當鈑金零件有曲率較大的凸彎邊或凹彎邊時，由于零件在形成過程中，材料有部分收縮或拉伸，因此造成彎邊高度達不到零件規定的公差范圍，展開很難計算準確，傳統加工方法采用鋁板下毛料制作一件合格零件后，將局部收縮或拉伸部位剪開并展平，作為制取展開的依據，按此毛料制成展開件來成形零件，經反復試壓后，直至成形出合格零件時，就將此展開件掃描為二維展開數據集用于生產下料。

零件的主要成形方式為橡皮囊液壓成形，可簡稱為橡皮成形。橡皮成形是利用橡皮墊或橡皮囊作為凹模（或凸模）加壓成型的方法。

二、切鉆實體的技術難點及解決措施

（1）技術難點。在傳統加工工藝中，切鉆樣板用于小批量中的零件切割和鉆孔，切鉆樣板按標準零件切割和鉆孔，標準零件的導孔需要按二維圖紙來協調。對于復雜曲面、大曲率彎邊導孔的鉆制精度難以保證。由于毛坯存在差異，零件表面成形質量不穩定，為保證裝配要求，需要在零件上預留余量，這樣就降低了裝配效率。

（2）解決措施。隨著基于軟件的鈑金精確成形技術的逐步應用，考慮到模具結構，生產環境等影響，可在毛料上進行補償加工，來提高毛料一次成形的準確性，也可對模具設計進行改進，如完善回彈補償，增加側壓塊等來提高表面質量。通過參照切鉆樣板形式，提出依據三維模型及裝配信息文件來定位導孔在復雜零件表面上的位置，然后對復雜零件表面進行展開，并將所需孔位反映到相應的復雜邊沿上，結合毛料件由生產單位按完整零件制成與型架有協調關系的標準零件，這樣來設計切鉆實體的總體思路。

首先對于制作鉆孔樣板定位困難的問題，可按實際零件生產出符合零件外緣的切鉆實體，做為和鉆孔樣板相配合使用的協調樣板。但區別于傳統切鉆樣板的生產模式，可采用以三維數模為依據制造模胎，依據二維展開數據集下料，做到以三維數模為基礎的數字化傳遞模式，取代模擬量數據傳遞。其次，對于鉆孔樣板的孔位取制，可依據三維模型和裝配信息文件來定位導孔在復雜零件表面上的位置，然后對復雜零件表面進行展開，并將所需孔位反映到相應的復雜邊沿上，分別以法線方式投影到內、外兩層曲面上。

針對鉆孔樣板的協調問題，可采用與切鉆實體相配合的方式來實現原外形樣板與新制導孔實體的協調，為未展開各個曲面在切鉆實體外緣的分布，通過曲面來控制定位線的位置，在通過定位線來協調帶導孔孔位的展開曲面片在切鉆實體上的具體位置。通過外形樣板和展開曲面上定位線的協調，可在切鉆實體上鉆取所需的導孔孔位。標準零件要和切鉆實體表面相貼合，邊沿允許留適當余量，由使用單位試鉆孔合格后，再按其制作切鉆實體，通過數字化協調手段改進切鉆實體定位形式，保證曲面零件制孔后滿足圖樣尺寸和裝配要求。

綜上，對于封閉曲面雙彎邊零件成形率低，生產質量不穩定的問題，在以軟件仿真完善的二維展開數據集下料后，可顯著改善下料精度，保證最終成形時的準確性；相對于手工鉆孔，通過切鉆實體上的導孔孔位來確定零件上導孔位置，再進行擴孔，節省查看二維圖紙，手工劃線的過程，將切鉆實體覆蓋與實際零件之上即可完成孔位確定。此類多曲面多彎邊零件在生產實踐中有著廣泛的應用，在生產階段依據數字化模型完成毛料件的精確成形和裝配導孔位置的確定，可確保零件的表面質量，顯著提高加工效率，簡化加工流程，可做到無余量的加工，零件的精確成形得到保證，滿足日益增長的對精確成形、裝配的需求，也完全符合現代航空制造技術的發展趨勢。

參考文獻

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[2] 陳文亮.板料成形CAE教程，[M]；北京：機械工業出版社，2005：

（作者單位：沈陽飛機工業（集團）有限公司）