复杂薄壁曲面飞机钣金零件成形分析及加工

钣金零件是现代飞机的重要组成部分，相关调查与统计显 示先， 钣金零件在飞机零件总数中所占比例为 70%。从制作工作 量角度来看其劳动量大约在 15%左右。结构复杂、 体积品种丰富 以及外扩尺寸较大等都是钣金零件的显著特征，其加工质量会 对整体生产是进度以及质量造成直接影响。为实现对现代航空 企业是生产的需求的有效满足，必须结合实际情况实现对先进 机械自动化技术的利用。

一、零件分析

我们结合厚度为 0.3mm 铝合金材料进行分析，经过科学的 思考与分析后我们将其中存在主要问题总结为以下几点并进行 仔细分析。

（1）厚度较薄，这对其延展性有直接影响，导 致 其 出现延展性 较差的问题。

（2）不能在真正意义上实现一次的转角成型， 拉裂以及起皱 等现象都是在这一过程中产生。

（3）曲面加工位置与模具设计工作之间有不可分割的密切 联系， 但在设计进行模具设计工作时有一定的难度，这对零件加 工工作的顺利进行有极大的阻碍作用。

（4）零件较为复杂是三维曲面设计的显著特征， 因此需要不 断的进行工艺实验，这会在一定程度上导致周期与成本的增加， 不利于相关企业实现对最大经济效益的获取。

（5）在实际对零件进行加工时采用的超薄焊接加工方式， 因 此在对三维曲面进行焊接时会存在较大的难度。这会在一定程 度上加大工作量，对 施 工工作效率的提高有消极影响。

二、零件成形可行性探讨

（1）利用三维设计软件可实现对模型的有效建立，在这一过 程中需要注意对参数化命令的利用，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）在实际对厚度进行分析时注意对 CATIA 软件的合理运 用，在 此 基础上不仅可材料厚度进行选择， 同时可在这一过程中 完成零件材料特性的设置，这对后续零件成型工作打下坚实基 础。在零件的整体成形中厚度会发生较大的变化， 折弯拐角处的 变化率会呈现出最大的趋势，这可在一定程度上说明其起皱问 题会在拐角处发生。

（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 158.3MPa~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）利用 CATIA 软件能够进一步展开分析零件， 可以看出， 展开的图形具有非常多的相交情况，通过 CAE 软件能够实现平 面无法展示的内容， 使得设计缺陷尽量减低。

三、零件拆分及展开成形

（1）在成形中，利用 CATIA 软件，能够保证进一步分析成形 性，结合具体情况，可以拆分为两个加工零件，主要包括曲面形 成、 平面形成两部分， 利用有效的拆分，能够将复杂难题简单化 处理， 尽量避免出现的拉裂以及起皱问题；

（2）通过 CATIA 软件分析零件成形，对于零件中的相关应 力、应变变化以及厚度方面进行相关的成形平面和曲面的分析 设计；

（3）针对钣金零件展开设计之后，为了进一步进行加工处 理， 应该保证进行有效展开处理，保证对于板料形状、大小进行 确定。结合传统钣金零件的展开方式， 由于人工按照经验开展， 主要存在以下的难点： 一是比较低的效率问题， 容易在进行展开 中出现错误，应该进一步进行反复试验；二是较大的工作量，具 体 过 程 非 常 繁 琐 ；三 是具有比较低的精度问题， 由于依靠经验比 重较大， 造成物料、 人工方面的不必要的浪费。充分利用计算机 辅助设计软件 CATIA 中的钣金模块的自动展开，能够利用计算 机处理自动展开过程， 实现一维加工， 利用自动计算获得展开后 的形状，能够具备精度高、 零错误率的优点。

（4）在零件成形性分析基础上，进行一定的对比，从拆分成 形以及整体成形中， 可以看出，对于整体成型的零件来说，相 应 的 应 力、 厚度的要求都是不能满足材料力学的性能，会 出现曲面 相交的情况。

四、 模具快速设计

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。

五、 手工成形步骤

通过手工方式，在 上 述 基础上，能够实现成形凸模、成形凹 模，形成相关的零件的平面和曲面，有效地保证相应的平面、曲 线和三维建模具有高度一致性，在此之后，利用相关的坐标检 测，能够测出相应的平面、 曲面则是满足于图样要求。

六、零件焊接处理

对于在铝合金的焊接处理的过程中，由于存在热裂纹的情 况， 主要存在裂缝问题，以及相关的冷却的热影响区金属会出现 脆化、裂纹、应力开裂、晶间腐蚀等问题，同样，对 出 这种材料的 处理， 还不可避免出现比较差的导热性，比较大的焊接变形量以 及比较大的线膨胀系数等问题。

七、结束语

利用三维辅助设计软件中的制造技术，能够实现航空复杂 薄壁曲面钣金零件从设计到制造的一体化过程，通过智能化的 制造手段，有效保证大大缩短了产品研发时间，有效降低研发成 本， 并有利于降低出错返工率。