论航空钣金 模具数字化技术制造技术的发展

      1国内外航空钣金模具数字化技术发展现状分析 

       世界航空制造公司的代表美国波音公司在其波音7 87 客机的制造中， 广泛 地采用了基于数字化的设计制造技术， 大量采用模具 自动化， 制造技术的智能 化， 从而力图实现设计 、 制造、 管理整个过程数字一体化。 在采用该技术后， 航空 公司的整个生产周期急剧缩短， 产品周期从传统技术时期的8—9 年缩短到3—4 年， 效率上提高了50 ％， 整体成本降低3 5 ％， 并且由于使用数字化技术 ， 使得整个 产业生产线高速运转， 产 品质量不断调 ， 产品出错返工率降低7 5％。 近年来， 为 了加强跨国企业在国际市场上的垄断地位， 许多公司都采用了先进数字化设计 制造技术。 列如美国通用汽车公司将轿车的开发周期从48 个月缩短到2 4个月，这取决于数字化模具集成制造系统技术在该公司的广泛应用。目前 ， 研究开发 的重点已经转为面向国防、 航空航天的模具精密加工技术和面向制造业的高精 度 、 高效率的模具基础制造技术的研究。

       航空钣金模具的设计制造一直面临着诸多的问题 ， 比如制造精度、 方式和 周期等原因一直困扰着模具研究人员， 这主要是由于航空钣金产品品类众多、零件类型诸多繁杂、质量要求高、 批量较小 ， 产品更新速度很快等原因。 冲裁模 、弯曲模、 拉伸模、 拉型模、 拉弯模、 型胎模和下陷模等是航空钣金模具的主要形 式， 传统的设计方法是设计者凭借知识或经验 ， 通过比较法和经验公式来进行 设计， 此时模具的设计主要 以二维为主 ， 模具的制造精度和配合面协调性方面 不能够得到有效地保证。由于采用串联的模具制造方式， 因此， 各个部门不能够 并行开展工作 ， 每个环节的设计问题不能及时暴露， 更改信息不能及时反馈 ， 知 识设计返修量极大。 近年来 ， 我国航空国防和民用工业得到了飞速的发展 ， 市场 对产品类型和质量不断提高， 航空产品更新换代的速度不断加快。 多品种、 高精 度、 高质量、 周期短、 批量小是未来航空产品发展的方向。 这不仅要求钣金模具 制造具有更短的周期， 而且要求有效地控制低成本和高质量。 数字化和信息化 在制造技术中的不断运用， 致使传统的二维通用模具设计方式已经不能满足现 代航空产品的需要， 这是由于三围CAD产品技术及数字化技术得到了广泛的 运用， 数字化航空钣金模具制造技术不断得到发展 ， 这包括PDM数字化管理、 数字化三维设计、数字量传递、 三维加工数模、 NC数字化加工等等技术。 通过直 接获取航空产品零件数模设计钣金模具犁 ， 航空钣金模具设计人员可以有效的 利用一些CAE技术， 将其应用在模具设计计算中， 表面样件、 正反模型德尔数字 标准工装和工艺数模去代理传统的实物标准工装 不仅如此， 多数航空公司还 从国外引进数控技术、 数控型材拉弯机等等先进的数控成型设备， 同时三、 五坐 标数控测量机也被用于数字化检测。 这使得模具制造技工和检测能力不断加 强，其中三位CAD和CAE技术是航空钣金模具设计和制造技术有 了跨越式的发展。

     2传统的航空模具加工方法存在的问题 

      2.1传统的航空模具加工方法及存在的问题 
 

      65 80 352 4 -49 ／5 0~件是波音7 4 7 _ 一8项目中的一项钣金成形件， 现在制造 工艺方法一般为以下两种。 第一， 按外形样板。 靠模在数控靠模铣上用靠模头扫 描靠模存盘， 然后调出存盘的数据加工模具。 第二， 根据飞机的正反模形垫料厚 来取制靠模。 这主要存在以下两个问题 ：

        ( 1 ) 由于未考虑钣金件工艺过程的中间状态， 因此在设计模型中确定的形状 和尺寸在制造过程 中完全控制， 导致信息矛盾。
        

        ( 2) 对于按样板制造靠模、 靠铣工铣过的航空模具型面， 一般还要留有o． 5— 3 r am余量，并且由于余量不均， 使得钳修量非常高。 总之， 钣金件在制造工艺过 程中缺乏严密的数字定义 ， 致使准确度难 以保证。

       2.2钣金件成形对模具的技术要求

       现代飞机对气动外形有严格的要求， 钣金件要求贴合和稳定的质量性能。必须要求 日益提高钣金件的表面质量、 形状精度、 成形性能和成形过程稳定性 及产品合格率。 在波音7 47—8 项 目中， 机翼外形与理论外形不得有大于o． 5r am 的偏差， 不平滑度不应大于o． 0 5-0． 1 5r am。目前 ， 提升钣金成形的数字化水平，提升模具制造数字化水平是亟待解决的问题。 第一， 钣金成形模具外形型面的 复杂程度， 塑性变形特点和成形回弹等因素不仅涉及到其零件本身数字化定 义 ， 还包括毛坯 、 下料、 成形T序、 成形工艺数模等定义； 第二 ， 钣金成形模具制 造过程中， 其塑性变形的非线性所带来的不唯一性、 不可递陛等引起的丁艺上 的参数不确定性 ， 都影响着钣金成形模具的质量和效率。 

       3航空钣金模具的发展趋势 

       ( 1 ) 板钣金零件成形模具设计制造 

       目前， 我国航空企业 已经逐渐引进PAM-STAMF ' ~拟仿真软件 ， 并且将 盒型件拉伸仿真分析投入到工程应用 ， 这些软件能够非常精确的模拟薄板钣金 零件成型的全过程， 精确地找出薄弱区域和冠险点， 常用于分析复杂且不规则 的成型。 它可以有效地减少工艺计算， 但是仍然存在很多问题 ， 比如设计人员无 法给出模具的合理参数和解决方法， 只能根据技术人员的知识储备 ， 靠多次参 数设置来模拟， 并最终找到合理的参数。

       ( 2) 材类零件模具设计制造 

       现代航空中， 大量采用具有较高抗剪抗弯强度的各类型材 ， 但是这类零件 成形却非常困难。目前国内没有非常完善的软件来仿真模拟拉弯成型。 钣金模 具在设计的时候主要凭借经验估算给出回弹补偿量来估算工艺数模 ， 在试模 时， 手工进行校正和反复修模 ， 从而产生一系列比如精度低、 生产效率低和表面 质量较差等问题 。

      ( 3 ) 弯件橡皮囊成型钣金模具设计制造 

       此类零件主要用于飞机的系统件 ， 数量比较庞大， 飞机装配时需要准确的 外形。 经过多年的经验积累， 对于此类零件已经掌握了大量的回弹参数。 部分企 业根据掌握的参数进行工艺数模 的设计， 实现数字化制造 ， 大大提高了产品质 量，目前国内航空高校正在积极的开发研制输入工艺回弹参数能生成工艺数模 的软件 ， 一起玩实现模具数字化制造。

        ( 4) 模类模具的设计 

        连冲模、 复合模、 弯曲模、 拉伸模是模类模具的主要形式， 由于模具设计周 期很长 ， 因此， 国内高校在CATI A软件的基础上成功研制出模具的快速设计系 统。 有效地提高了设计效率 ， 降低了设计周期， 大大缩短了整个航空产品的研制周期。

        ( 5) 钛合金类模具的设计制造 

        采用加热成型的钛合金航空产品， 其成型温度一般在750" C一900" C， 在模 具设计时必须考虑模具型面缩尺，因为模具与产品零件逐渐 的热膨胀率不一 致 通过三维设计软件体积缩放 ， 根据知识经验进行放缩尺 ， 依据缩尺模数生成 模具三维数模 。

        4结束

         数字化设计制造技术是当今模具制造业甚至是机械制造业技术发展的必 然趋势， 是一项制造技术的变革 ， 它的广泛运用可以有效地提高企业的技术水 平和竞争力。 航空钣金模具的数字化设计制造技术是一个国家航空制造技术水 平的体现 ， 因此大力开展该技术的研究是是我国航空企业国际化的重要举措。