飞机钣金件数字化制造技术及其应用

◎潘庆宇

航空航天技术的发展是国家综合实力的代表，优化航天技术水平、实现飞机生产规模的拓展、促进飞机零件制造工艺的精度是航空航天企业在国际竞争中提高竞争优势的主要途径。在工业领域数字化发展过程当中，航空领域也要应用数字化制造技术，实现飞机钣金件的精密制造，以此促进空航天领域的发展。

一、钣金件数字化制造技术分析

1.钣金件工艺数字化设计技术。

此技术是指在钣金件制造模型信息的基础上，对钣金件的制造指令进行设计，合理进行工艺参数的运算，并以此为依据进行生产工艺文件的制定。利用此技术可以实现钣金材料性能数据的有效存储，并积累大量的制造流程、工艺参数等相关工艺知识，进而为钣金件工艺设计效率的提升提供参考，进而保证生产出符合出飞机制造所需的高品质钣金件。

2.钣金件制造模型定义技术。

在钣金件制作过程中，从毛坯制作至将之加工为成品需经过多道工序，首先要进行毛坯下料工序的制定并建立排样模型，之后还要进行成形工序的工件模型的建立，最后需构建出回弹修正模型。这些模型构建工序全部完成后，钣金件制造模型才会建立起来。制造模型是否准确是模型设计的重要依据，也是成型工艺实施的根本条件，对钣金件成形的精密度具有重要的影响作用。

3.钣金件成形模具设计与制造技术。

由于钣金件的所采用的材材料较薄，因此制作出的钣金零件精度并不高。在制造过程中可选用多种成型工艺，常见的有蒙皮拉形，冲压成形等工艺技术，在这些成形工艺运用过程中，要以成型模具为基础进行零件尺寸及形状的确定，以此提高钣金件成形制造的精度。

4.钣金件成形数控编程与设备控制技术。

钣金数控成形设备已得到广泛应用，一些重点钣金成形设备均采用了数控化，如数控下料铣、数控拉形机、数控弯管机、数控拉弯机、数控喷丸机等。

二、钣金件数字化制造技术应用难点分析

1.模具型面制作。

在钣金件数字生产过程中，会应用到多种数字化制作技术，既要实现生产零件的数字化，成产工艺工序的数字化也极为重要。在钣金件制造过程中由于所需的钣金件形状并不一致，并且所用的生产材料相对较薄，因此在数字化加工中变形问题较为常见，因此，合理进行模具型面的制作是钣金件数字化技术应用的最大难题。

2.成形过程的掌控。

钣金件成形制造过程中属于塑性变形过程，因此在其物理特性的作用下成型工艺存在一定的不确定性，这会对钣金件的成形质量产生不利影响，也会阻碍其生产效率的提高，在生产过程中难以进行准确的定量把控。

3.工艺参数设计及成形精度的控制。

钣金件制造时需要在短时间内一次性完成成形，因此在成形过程中要对成形力度以及温度等各种参数加以掌控，在对其他非坐标类几何参数控制时也存在较大的难度，同时由于钣金件制作材料并不稳定，因此难以对其工艺参数进行合理设计，也难以进行成形精度的有效控制。

三、基于制造模型的数字量传递与控制

以模拟量传递为基础上进行钣金件制造时，各个制造环节对钣金件形状的规定并不完善，因此，钣金件的制造精度提升存在一定难度。应用钣金件设计模型可以对钣金件的形状及尺寸进行准确描述，但未能将钣金件加工过程纳入考量，因此设计环节与制造过程的协同性还有待提升。

基于制造模型的数字量传递与控制是通过面向工艺过程定义工件模型和工艺模型-移形到工艺装备-生成数控程序-以数字量传递至数控设备这样一个并行数字化制造过程，其实质在于毛坯组合排样模型、成形工艺模型等下料、成形、检验备控形节点中的CAD 几何模型直接用于成形模具设计、检验工装设计、制造指令设计、工艺参数设计、数控加工等环节；基于工装的数字化模型，能在样板制造、模具制造中始终保持给定的公差；考虑回弹等因素直接修正后进行模具设计。这有利于将标准装备与工作装备检验过程中存在的误差进行有效消除，也可减少零件模拟量传递过程中存在的误差，消除人为干因素的干扰，使钣金件的生产制造更加精密，制造效率更高，同时也可以实现制造成本的有效控制。

四、基于工艺知识的钣金件工艺过程设计

在钣金数字化制造中，除了使用CAD系统辅助设计工作之外，同时还需要钣金制造知识的支持。对已有知识的重用包括知识建库和知识使用两个基本的过程。基于知识的钣金制造要素定义是对钣金制造领域知识进行建库存储，在钣金件数字化制造过程中，应用系统根据钣金零件信息从知识库中检索已有知识而使知识重现，形成问题的解决，同时创建的新知识不断更新到知识库中。在对企业钣金工艺设计大量调研的基础上，对钣金工艺知识进行分类形成型谱图，对基本类型知识进一步分解为信息后建立钣金工艺知识库框架；对知识采集和入库，首先定义钣金工艺领域术语，在此基础上创建制造指令知识、备种成形工艺参数设计知识、成形模具设计知识等内容。采用基于Web 的架构对知识进行管理，分布式环境便于工艺人员查阅、选用、修正和不断积累。

结语：在飞机钣金件制作过程中，钣金件的种类繁多且各个钣金件的结构都较为复杂，虽然不同钣金件的生产工艺较为相似，但存在需要特殊处理的工艺环节，应用数字化制造技术可以有效解决工艺处理的难题，进而实现飞机制造领域的规模化生产，促进制造工艺的创新与优化。基于此，钣金件制造人员要拓展思维，借鉴国外先进的数字化生产技能与经验，并加大对数字化制造技术的研究力度，实现数字化生产技术水平的不断提高，进而推动航天领域的发展与进步。