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深圳市德天泰科技有限公司

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透過(guò)馬航事件，帶您了解飛機(jī)外殼-波音客機(jī)垂尾鈑金支撐件數(shù)字化成形技術(shù)

2014-03-23 08:50:10

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波音公司是與中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)公司合作多年的美國(guó)民機(jī)項(xiàng)目最大的公司，其新一代大型飛機(jī)機(jī)體多采用高分子復(fù)合材料設(shè)計(jì)，并應(yīng)用PLM流程控制和采用MBD理念數(shù)字化制造加工。波音787是第一架從產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)到生產(chǎn)全過(guò)程使用PLM解決方案的飛機(jī)，也是第一架虛擬推出的飛機(jī)。除去復(fù)合材料和機(jī)加零件之外，部分鈑金件的加工精度要求極高，對(duì)于零件的工藝生產(chǎn)也提出了新的要求。
本文依據(jù)“飛機(jī)科研生產(chǎn)數(shù)字化工程”理論研究與實(shí)踐簡(jiǎn)要介紹了新型波音飛機(jī)中，基于MBD三維數(shù)據(jù)集生產(chǎn)制造的某項(xiàng)鈑金支撐類零件的MBD數(shù)字化成形加工方法，包括工藝方案的初選、工裝模具的結(jié)構(gòu)參數(shù)改進(jìn)、生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制、檢驗(yàn)夾具的設(shè)計(jì)思路等生產(chǎn)流程各個(gè)方面，并總結(jié)展望了國(guó)內(nèi)航空企業(yè)鈑金數(shù)字化生產(chǎn)發(fā)展的前進(jìn)方向。
某機(jī)型垂尾前緣中的鋁制鈑金支撐件草圖見圖1。零件厚度為1.8mm，材料來(lái)料狀態(tài)為鋁合金6013-T4,毛料尺寸700mm×500mm。由于較厚且為T料成形后期還需經(jīng)過(guò)沉淀處理，零件本身包含多個(gè)導(dǎo)孔，兩側(cè)彎曲長(zhǎng)邊內(nèi)部還包含3個(gè)異型凸邊孔且高度較高，無(wú)法進(jìn)行液壓成形；原有的工藝手段 ——采用閘壓成形方法時(shí)的回彈張角較大，且閘壓時(shí)閘刀需穿過(guò)側(cè)邊上的圓形凸邊孔，腹板面很難保證平整度，此外圖紙也提出了孔位目視檢測(cè)依據(jù)和要求，靠原有的加工方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

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因此，根據(jù)工程數(shù)據(jù)集和MBD設(shè)計(jì)信息，采用數(shù)字化加工方法完成零件的生產(chǎn)工作。
成形方案分析
首先分析確定該零件的生產(chǎn)成形方案：鑒于毛料尺寸較大，材料成形難度大而且不適宜采用一步成型法或級(jí)進(jìn)模的生產(chǎn)加工，綜合成本價(jià)值流分析與生產(chǎn)進(jìn)度等因素后采用分步成形法生產(chǎn)（表1）。

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工藝開發(fā)工作將在三維數(shù)字化環(huán)境下直接依據(jù)三維實(shí)體模型展開，完成工藝方案制定及詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)，并產(chǎn)生三維數(shù)字化工藝，利用MBD理念真正做到無(wú)圖制造，所有工藝與生產(chǎn)以3D數(shù)據(jù)集作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作依據(jù)和產(chǎn)品起點(diǎn)（圖2）。

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飛機(jī)產(chǎn)品的復(fù)雜性特點(diǎn)決定了飛機(jī)零件形狀復(fù)雜、幾何參數(shù)多，不能單靠零件自身的尺寸準(zhǔn)確度來(lái)保證最后產(chǎn)品形狀和尺寸精度，必須依靠工裝和樣板等進(jìn)行保證。先利用型胎成形外緣小彎邊，利用外方提供的鋁制型胎液壓成形。2個(gè)圓形凸邊孔及異形孔均由橡皮囊液壓機(jī)壓出并適當(dāng)加大壓力為60MPa。
再利用閘刀在EP60-300折彎?rùn)C(jī)上沖出兩側(cè)的彎邊，進(jìn)行收邊機(jī)校平修整至底面平整。沉淀處理至T62狀態(tài)后，材料變硬零件發(fā)生少量變形，修整時(shí)很困難，無(wú)法保證零件的精度（圖3）。因此對(duì)于熱處理前的操作工序零件質(zhì)量進(jìn)行控制是主要的著眼點(diǎn)。

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改進(jìn)方案分析
利用二維數(shù)據(jù)集零件數(shù)銑下料，保留住兩端的定位耳片和定位孔。先液壓成形，然后利用彎曲模進(jìn)行彎曲成形，工裝利用2-φ6.2銷釘定位，在二維數(shù) 據(jù)集兩側(cè)增加申請(qǐng)銷釘孔（圖4），在兩個(gè)小彎邊及所有凸邊孔已成形完畢的情況下，模具制造出躲避槽；同時(shí)工裝凹模板采用分體結(jié)構(gòu)，輔助頂桿和導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu) 便于零件的取出和安裝夾緊（圖5）。新制圓形與異型凸邊模各一套，用于沖壓凸邊模代替液壓成形中存在的凸邊孔高度不夠的問(wèn)題。

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彎曲成形后的零件，再利用特制的閘刀在EP60-300折彎?rùn)C(jī)上校正兩側(cè)的彎邊，改進(jìn)后的閘刀穿銷式結(jié)構(gòu)能夠順利地安裝并固定良好。最后手工修整零件即可滿足要求。
加工試壓中的工藝參數(shù)確定
1 U 形彎曲模的凸凹模間隙
在模具裝配初步實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過(guò)程中，出現(xiàn)了劃傷零件和間隙過(guò)緊的情況。經(jīng)過(guò)分析和調(diào)查，與設(shè)計(jì)人員協(xié)商，得出U 形件的單面間隙Z值，對(duì)彎曲件的回彈及表面質(zhì)量起著決定性的影響。經(jīng)過(guò)跟產(chǎn)刃磨，將間隙數(shù)值確定為0.24~0.30。同時(shí)減少不必要的頂桿行程為20mm。
2 凹模圓角半徑的確認(rèn)
凹模的?？趫A角半徑RA不能過(guò)小，否則彎矩的力臂減小造成毛料進(jìn)入凹模的阻力增大，從而增加彎曲力、擦傷毛料表面。當(dāng)零件厚度t=1~2mm時(shí)，RA=（2~3）×t=3.5mm。
3 檢驗(yàn)工裝的設(shè)計(jì)與制造
工裝采用框架式結(jié)構(gòu)，適當(dāng)位置安放卡板。用于檢驗(yàn)零件成形后的兩側(cè)邊壁板的平行度, 以及零件上數(shù)十個(gè)φ2.1的導(dǎo)孔位置度；夾具卡板高度適當(dāng)，底面和兩邊壁板上的凸邊孔做出躲避, 夾具兩側(cè)卡板間距比零件兩側(cè)壁板間距大2mm。采用穿銷和普通量具即可檢測(cè)孔徑和相關(guān)間距（圖6）。

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4 外緣局部修整
基于零件包含凸曲線彎邊的原因，在使用液壓成形外緣彎邊時(shí)，邊緣材料的流動(dòng)走向會(huì)造成褶皺的產(chǎn)生。由于凸彎邊受到壓應(yīng)力，除了翻邊上出現(xiàn)起皺外，在翻邊的兩端平面上也會(huì)發(fā)生一個(gè)凸起，翻邊的高度也不一致，在翻邊的中間高度最大，向兩端高度逐漸減小。因此在凸彎邊成形中，側(cè)面需增加增壓塊來(lái)完善成形結(jié)構(gòu)。在修整所使用的工具上，使用軟性塑膠或木錘，并且采用200號(hào)以上的砂紙進(jìn)行操作。加工中杜絕慣性使用的鐵錘和100號(hào)以下過(guò)于粗糙的砂紙，避免破壞零件表面。
結(jié)束語(yǔ)
在市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天，航空企業(yè)掌握并實(shí)施MBD技術(shù)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)都是大的發(fā)展方向。必須廣泛地吸取波音、空中客車等國(guó)際先進(jìn)航空制造業(yè)的加工制造理念和高新技術(shù)，不能滿足于簡(jiǎn)單的項(xiàng)目轉(zhuǎn)包生產(chǎn)，而應(yīng)時(shí)刻努力提高自身的生產(chǎn)制造工藝水平并應(yīng)用于ARJ21新支線和C919等國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的生產(chǎn)當(dāng) 中，為中國(guó)民用客機(jī)的建造發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
德天泰可以加工的業(yè)務(wù)范圍：
1. 電源電力大機(jī)箱大機(jī)柜系列：非標(biāo)機(jī)箱機(jī)柜、變頻器、穩(wěn)壓器、變壓器機(jī)箱外殼、高低壓配電箱電柜、戶內(nèi)外高低壓電力柜、開關(guān)柜、電池柜、配電機(jī)柜、UPS間斷與不間斷電源箱外殼、大機(jī)箱大機(jī)柜。
2.金融信息終端查詢機(jī)系列：立地與壁掛式廣告機(jī)、訪客機(jī)、顯示屏觸摸屏金屬外殼體、ATM機(jī)柜、工控機(jī)柜、服務(wù)器機(jī)柜、終端機(jī)柜、光纖寬帶專業(yè)機(jī)柜、控制柜、金融機(jī)柜、電信機(jī)柜、多媒體講臺(tái)、醫(yī)療機(jī)柜、室外機(jī)柜、防火機(jī)柜、屏蔽機(jī)柜、通用機(jī)柜；終端查詢一體機(jī)柜體、；
3.電源電子中型小型機(jī)箱系列：電源盒電源箱、電表箱、報(bào)警箱、配電箱、解碼箱、門禁箱;監(jiān)控箱、機(jī)頂盒、光纖機(jī)殼、計(jì)算機(jī)機(jī)箱、服務(wù)器機(jī)箱、工控機(jī)箱、路由器機(jī)箱、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)箱、鋁合金機(jī)箱、視頻機(jī)箱、鐵皮機(jī)箱、豪華鋁機(jī)箱、儀器儀表機(jī)箱、臺(tái)式操作機(jī)箱、墻掛式機(jī)箱等。
4.戶外防水防雨防塵機(jī)箱系列：通信設(shè)備機(jī)箱機(jī)柜，戶外電纜分接箱、防雷箱、防雨箱、戶外信號(hào)收（發(fā)）轉(zhuǎn)換機(jī)箱、戶外電力控制機(jī)箱機(jī)柜、戶外柜分接箱、戶外防盜機(jī)箱、戶外監(jiān)控機(jī)箱、出入口機(jī)道閘、票箱、讀卡機(jī)箱。
5、配套產(chǎn)品：緊固件、鎖具、導(dǎo)軌、散熱產(chǎn)品、機(jī)柜防雷插座、機(jī)柜機(jī)箱配電線槽、溫控器；
6.置物品機(jī)箱系列：展示柜、置物柜、電子控濕柜、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備機(jī)箱外殼、空氣凈化設(shè)備外殼。