復雜薄壁曲面飛機鈑金零件成形加工

◎岳景山

在飛機制造當中，鈑金零件是不可或缺的重要材料，飛機生產零件中的七成左右都為鈑金零件。在鈑金件制造時需消耗15%左右的勞動量，鈑金零件的結構較為復雜、種類繁多并且外擴尺寸相對較大，鈑金件的加工質量會對整個飛機的整體制造質量產生影響，因此，在實際生產中應引入先進的機械自動化技術確保加工工作的高效開展。

一、鋁合金零件的問題分析

以0.3mm 鋁合金材料為例，通過分析后對其問題進行了總結，具體如下：

1.延展性差。

由于鋁合金材料相對較薄，因此其延展性并不高。

2.無法一次轉角成型。

轉角成形時難以一次完成，且轉角時會出現拉裂或起皺現象。

3.模具設計難度高。

由于模具設計不同，曲面加工位置也存在差異，因此，模具設計存在較高難度，會對零件加工的高效開展產生影響。

4.加工成本高。

由于鈑金零件較為復雜，因此在三維曲面設計時需進行多次工藝實驗，因此加工成本相對較高，制造企業的經濟效益難以有效提升。

5.焊接難度高。

鈑金零件焊接時需使超薄焊接加工方式進行三維曲面的加工，因此焊接時難度較大，這會使工作量顯著增加，進而降低加工效率。

二、鈑金零件成形的可行性分析

1.在鈑金件模型設計時可使用三維設計軟件，但在此過程中應引用參數化命令，為在真正意義上促使另一個平面可在零件下面生產不許借助科學的手段實現對三維模型坐標的建立。注意將其高度保持在距離地面1mm 的距離。在實際對相應位置進行設定時注意與軟件中航空鈑金設計模塊的有機結合。

2.可應用CATIA 軟件進行鈑金件厚度的分析，應合理進行加工材料的厚度選擇，并對零件材料的特性進行科學設置，進而確保鈑金零件后續成形加工工作的開展。在鈑金零件成形加工過程中，其厚度會與之前產生變化，且折彎拐角處的變化率將會持續增大，因此，在拐角處極易出現起皺問題。

3. CATIA 軟件中能夠進行成形性的應力分布，通過應力分布圖形，能夠得到，該零件具有比較大的應力變化特性，零件應力分布在58.3MPa-427.5MPa，其中，應力變化則是在折彎拐角外呈現最大，能夠達到最大的427.5MPa。這種變化非常大的拐角點能夠看出，折彎拐角容易受到損壞。

4. 應用CATIA 軟件還能實現零件的應變分析，從結果中分析，可以看出，零件應變具有比較大的變化，應變從0.0168 變化至0.2345。同樣，最大的應變則是出現在拐角位置，造成容易出現一定的起皺和拉裂的情況。

5. 運用CATIA 軟件可實現鈑金零件的進一步分析，通過分析展開圖形可發現多處相交問題，在CAE 軟件的應用下，可將平面看不到的內容進行有效展現，可減少設計缺陷問題的發生率。

三、零件的拆分與展開成形

1.鈑金件的拆分。

（1）應用CATIA 軟件可對鈑金零件的成形性進行有效分析，可根據具體的情況將兩個加工零件拆分為兩個部分，一是曲面部分，二是平面部分，通過零件拆分可降低加工難度，進而減少成形加工中拉裂問題的發生率，也可避免起皺問題的出現。

（2）在CATIA 軟件的支持下，可分析鈑金零件的應力變化情況及厚度，進而實現對成形平面及曲面的設計分析。

2.鈑金件展開成形。

應對板料形狀進行明確，確定其尺寸進而確保鈑金件的有效展開。如果采用傳統方式由人工進行展開成形，在人的經驗因素影響下，展開成形存在的問題有：展開成形效率較低，且易出現錯誤，需進行多次試驗；工作量高，展開成形過程較為繁瑣；展開成形的精度不高，展開過程主要依賴經驗進行，因此存在材料及人工成本浪費的情況。然而在計算機輔助下，應用CATIA 軟件進行自動化的鈑金模型展開，可實現一維加工，通過對展開后的形狀進行自動計算，可使鈑金件的加工精度更高，可有效降低加工失誤率。

3.整體成形與拆分成形對比結果。

鈑金件成形性分析之后，通過對比拆分成形及整體成形可發現，整體成形的鈑金零件的應力情況以及厚度值都與加工材料的力學性能不相符，會導致曲面相關現象的出現。

四、快速設計模具

利用三維設計軟件CATIA 中的模塊建模指令，能夠保證建立切合實際應用的三維模型，同時，進行三維坐標確立，利用抽取體命令，能夠有效對于內曲面、內平面進行零件抽取，使得三維模型隱藏化，通過曲面掃掠，能夠實現得到相關處理后的曲面，保證其和抽取體能夠有效縫合處理，變成整體進行處理。然后，平面建立在零件中，保持水平狀態，經過拉伸操作，有效修剪成為模具成形，并且進行定位處理。應該在拉伸的基礎上，利用修剪體命令進行有效修剪處理，要求實現目標體和刀具體之間的剪切處理，根據實際生成凸模成形形狀，然后，通過拉伸命令中的求差操作，有效得到凸模模具。同樣，根據三維軟件，同樣可以得到相應的上模模具，凹模模具。

五、鈑金零件的手工成形

通過手工方式，在上述基礎上，能夠實現成形凸模、成形凹模，形成相關的零件的平面和曲面，有效地保證相應的平面、曲線和三維建模具有高度一致性，在此之后，利用相關的坐標檢測，能夠測出相應的平面、曲面則是滿足于圖樣要求。

六、鈑金零件的焊接處理

在焊接處理鋁合金材料時，由于熱裂紋情況的出現會導致鈑金零件出現裂縫，同時也會出現金屬脆化或應力開裂等問題。同時，在對材料進行處理過程中，由于其導熱性較差，因此，會存在嚴重的焊接變形問題，并且線膨脹系數也相對較高。因此，應使用小電流并在短時間內完成焊接，進而降低焊接時的熱傳遞，以此提高焊接效果。

結語：應用三維設計軟件進行復雜薄壁曲面鈑金零件的設計，可實現設計與制造過程的一體化，有效利用智能化制造技術，節約產品研發時間，實現研發成本的有效降低，可減少制造過程中的出錯率。