剑式机器人摘要：数字化成形制造技术在航空制造领域的不断推广和应用，使飞机蒙皮从传统的经验型向科学型制造模式转变。飞机蒙皮数字化成形工艺是一个综合 CAD 工艺设计系统、CAE 仿真分析、数控柔性工装、数字化测量和CAM 数控成形技术的数字化生产制造技术。本文主要阐述了蒙皮传统的拉伸成形技术及先进的多点拉形技术，数字拉伸成形的工艺分析，工艺流程，以及实现蒙皮零件数字化制造需要突破的关键技术。 关键词: 蒙皮；数字化；拉伸成形；多点成形
引言
蒙皮是构成飞机气动外形的外表零件，其尺寸大、品种多、外形复杂、批量小，主要采用拉伸成形（简称拉形）工艺，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力和水平的重要标志。
传统的实体模具蒙皮拉形工艺中，其依据“模线样板—标准样件”协调系统原理，采用“经验—试错”型工作模式。每项蒙皮均需一套专用实体模具，其制造所耗工时占零件研制周期的60% ~ 80%; 蒙皮精度主要靠模具和拉形工艺保证, 且实体模具无法考虑回弹补偿, 零件成形超差严 重, 难以实现精确装配。
基于数字化的飞机蒙皮数字化成形制造技术, 是基于柔性多点拉形模具、柔性夹持定位和数控切边构成的可重构柔性工装的全数字量传递的蒙皮制造技术,是综合 CAD 工艺设计系统、CAE 仿真技术、柔性工装数控拉形、数字化测量、形状控制算法和CAM 数控成形技术的数字化蒙皮拉形工艺。其从蒙皮零件的CAD 数模定义，到成形制造过程，零件的外形测量，都以数字量在各个环节进行传递。蒙皮数字化制造技术的应用，解决了传统的基于实体模具蒙皮拉形制造工艺带来的模具工装数量多、协调关系复杂、生产准备周期长等突出问题；提高了大型数控拉形设备效能；并为实现设计制造一体化和工艺过程数字化提供了技术保障。
1、飞机蒙皮分类及特点
1.1分类（如图1从上到下所示）小型电加热蒸汽锅炉
•局部单曲度
•同向单曲度
•导向单曲度
•同向双曲度
•异向双曲度
mesh设备 图1
1.2特点
电暖水袋
外形复杂，协调准确度要求高；不允许划伤和鼓动；结构尺寸大，相对厚度小，刚性差；采用切面样板或样件作为制造依据，并按模胎、切面样板、检验夹具、拉型膜控制外形；需要大型专用设备成形；要求操作工人的技术水平较高。
2、飞机蒙皮拉形技术
2.1传统拉形技术
蒙皮拉伸成形属薄板类成形，主要通过拉伸设备的钳口对拉伸毛料施加拉力和弯矩的运动，
是拉伸毛料与拉伸成形工装的贴合面逐步扩展，并最终完全贴合的成形方法，如图2所示。蒙皮拉伸成形过程比其他类型的成形过程复杂的多，它涉及拉、弯、扭复合加载动作及其组合，并同时受拉伸材料性能参数、材料变形趋势、拉伸成型方式、设备运行参数等的影响。
气雾阀 图2 传统整体拉形
2.1.1拉形工艺方法
拉形件按几何外形可分为凸峰形和马鞍形。凸峰形拉形件的特点是纵横曲率同侧，回弹较小，在成形过程中，板料与拉形模具背脊中间的顶点先接触，零件的最大主应变位于零件中间脊背处;马鞍形件的特点是纵横曲率异侧，回弹较大，板料与拉形模具两端顶点先接触，产生的弯曲使板料背脊凹谷部位起皱，同时纵向产生一分力，使板料向背脊中间凹处产生滑动，零件的最大主应变则位于零件的最外端。 拉形按工作原理可以分为三类：横向拉形(简单拉形)、纵向拉形(拉伸拉形)和加上压装置拉形(图3)。横向拉形是夹钳沿板料横向两侧加紧板料，横向两侧夹钳不产生主动拉力，在工作台顶升的拉形模具作用下使板料和拉形模具贴合的拉形成形方法，横向拉形一般适用于纵向尺寸比横向尺寸小、横向曲度较大、挠度较小的双曲度零件。纵向拉形是夹钳沿板料纵向两侧夹紧板料，纵向两端夹钳能产生主动拉力，在工作台夹钳的双重作用下，使板料贴模的成形方法，纵向拉形一般适用于纵向长度较大，成形曲面纵向曲度大的双曲度蒙皮件。加上压装置拉形是上压装置提供局部成形力并控制凹凸模相对运动的一种成形方法，加上压装置拉形适合于有局部成形凹凸槽的双曲度零件。
图3 按拉形原理分类
2.1.2拉形设备
拉形机是拉形成形的主要设备，生产厂家主要分布在美国、法国等国家。目前，数控蒙皮拉形机主要分为三种:FET型、FEL型和VTL型。FET型和FEL型蒙皮拉形机中，模具固定不动，只有夹钳运动;而VTL型拉形机中，模具和夹钳都可以运动。美国cyrllBath公司生产的一种VTL型拉形机V孔1000如图4所示，模具工作台油缸上顶力为1000吨。
测井设备 图4 VTL1000数控蒙皮拉形机
拉形机拉形工件时，一般只用一个或两个液压缸产生拉伸动作，钳口处板材沿横向整体移动，如图5所示。为了防止拉形中的缺陷，设备的控制精度要求很高，控制系统的设计复杂，设备价格昂贵；拉形用坯料往往需要较大的工艺余量，从而导致材料的利用率降低。
图5 常规拉形机
多夹钳式柔性拉形机，图6所示，简单地实现了多个夹钳的柔性自协调工作，使大型三维曲面零件在拉形过程中更容易贴模，减少了拉形件的工艺余量，显著提高了成形质量和材料利用率。
图6 多夹钳柔性拉形机
2.2先进的多点拉形
2.2.1简介
多点成形(Multi一pointforming，简称MPF)是一种金属板材三维曲面成形的全新技术，是对传统板料成形方式的重大变革与创新。其基本思想是将传统的整体刚性模具离散化成一系
列规则排列、利用计算机控制多个可调整高度的基本体，形成所需的成形曲面，代替模具实现板料快速、无模、数字化成形，可以成形不同的三维曲面件，实现了板料的柔性成形，图7所示。利用多点成形可重构模具型面的特点，即柔性的特点，结合不同的工艺，可实现分段成形、多道次成形，多次成形和闭环成形。多点成形技术与计算机辅助计算、辅助分析、辅助制造和辅助检测技术相结合，三维曲面板类件的曲面设计、工艺规划、板料成形、精度检测等各个过程都由计算机辅助完成，实现了三维曲面板类件的快速、经济、自动化和数字化成形。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议