关键词：数字化装配；蒙皮精确成形技术；
大型蒙皮精确成形技术研究可为我国飞机蒙皮装配实现精确装配、无余量装配提供参考，为实现大型蒙皮的数字化生产提供依据。随着对蒙皮精确成形技术的不断深入研究，我国将会大力推进国内飞机蒙皮制造的数字化、精准化、柔性化水平，促进当代飞机新型制造模式的变革。
一、技术体系
飞机蒙皮数字化制造技术体系是以数字量传递为核心，通过可重构柔性多点模具和数控拉形机等关键工艺装备，采用基于CAE 有限元分析的蒙皮拉形工艺仿真技术，将蒙皮零件的设计型面作为输入，算出蒙皮拉形模具型面和数控拉形的初始工艺参数，实现了蒙皮零件的数字化成形。通过以柔性支撑蒙皮外形非接触数字化快速检测技术为依托的离线测量闭环形状控制技术，不断深入优化柔性模具型面和数控拉形的工艺参数，实现了蒙皮零件的精确化成形。通过可重构柔性夹持数控切边技术，最终完成了蒙皮零件的数字化制造。该技术以数字量传递为核心，基于可重构柔性多点模具的蒙皮数控拉形技术、离线测量闭环形状控制的柔性模具数控拉形工艺优化技术以及可重构柔性夹持数控切边技术的飞机蒙皮数字化制造技术体系，成功实现了从蒙皮零件三维数模设计、成形工艺仿真和优化、数控精确成形、数字化检测到最终零件的柔性化、数字化和精确化制造，是机械、计算机、自动控制、电子和光学等多学科交叉融合的机电光一体化高新技术。
二、面向数字化装配的大型蒙皮精确成形技术
1.面向蒙皮精确成形的拉形模型面修正技术。针对蒙皮拉形模胎，模具补偿法是矫正型面、减少拉形件回弹的一种有效方法。它是基于数值模拟技术，对回弹进行快速预测和补偿，从而使得随后的成形件即使产生回弹也能满足设计精度要求的方法。在实际生产中，用模具补偿法处理回弹问题时，需要获取回弹后的冲压件和目标冲压件的差异值进一步分析，获取其回弹评价作为补偿的依据。蒙皮拉形的数值模拟突破了蒙皮零件拉伸成形过程数字化分析及设计技术，使蒙皮零件制造工艺从经验型向科学化、标准化转换，实现拉形回弹量的精确预测，为模面修正提供技术保障。
2.基于可重构柔性多点模具的蒙皮数控拉形技术。蒙皮拉形是飞机蒙皮零件成形最主要的工艺方法。基于可重构柔性多点模具的蒙皮数控拉形技术主要涉及下述关键工艺装备或技术。蒙皮拉形机是飞机蒙皮拉伸成形的关键设备，设备的功能及运动方式直接影响飞机蒙皮拉形工艺和蒙皮零件的成形质量。近年来，先进的数控蒙皮拉形设备逐渐替代了落后的点控式蒙皮拉形机，数控成形技术已经成为航空钣金提高成形质量和效率的新手段。随着航空武器装备跨越式的发展，各种新型飞机如雨后春笋般涌现。与以往的老型号相比，新机型对精度、气动性能、隐身性能和寿命等要求更加苛刻; 因此，对构成飞机气动外形蒙皮零件的成形质量和效率也提出了更高的要求。如何减小蒙皮零件回弹，深入优化拉形加载轨迹，充分发挥数控蒙皮拉形机的效能，提高零件成形精度和质量，已经成为蒙皮数控拉形的一个重点研究方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可重构柔性多点模具的基本原理是以点代面，即以多个高度可调的钉杆阵列代替固定的实体模具，由各个钉杆顶端构成的包络面取代实体模具的连续表面，当调节阵列中各个钉杆高度时，此包络面随之改变，以实现一套模具经过适当调整即可快速适应不同形状蒙皮零件的制造需求。可重构柔性多点模具的出现，使蒙皮拉形模具以一代多的成形制造模式成为可能，为有效降低模具研制成本，缩短蒙皮生产周期，提高新型飞机的快速研制能力，促进蒙皮数字化成形技术的发展，开辟了一条新的途径。可重构柔性多点模具的产生和应用主要是为了解决大型曲面柔性成形中用一套模具工装实现多个曲面成形的问题，最先兴起于造船业。20 世纪后期开展了应用于飞机蒙皮拉形的可重构柔性多点模具的研制工作，包括原理样机的设计和工程应用型模具的研制，如该模具能够准确和快速地实现包络面调形，以满足蒙皮拉形制造生产的需要。研究和掌握可重构柔性多点模具的设计和制造以及多点模具的快速调形控制技术是发展可重构柔性多点模具蒙皮拉形技术的基础。目前该研究已进入工程应用研究阶段，柔性多点模具已成功用于某型飞机蒙皮零件的试制。随着以有限元方法为代表的数值模拟技术的快速发展和成熟运用，CAE 分析已成为制造工艺仿真和分析的重要手段，是数字化成形制造技术的重要组成部分，也是配合工艺试验研究不可或缺的重要工具; 因此，对蒙皮拉形过程进行数值模拟分析，利用有限元计算分析的结果，优化模具型面和拉形工艺，是实现蒙皮精准成形的重要手段和途径。近年来，国内外围绕飞机蒙皮的拉形工艺仿真技术开展了大量的研究。就蒙皮拉形工艺仿真建模方法、铝合金板材的材料模型的适应性、成形缺陷的预测，以及基于回弹补偿模具型面优化等进行了研究，解决了铝合金板材实体模具蒙皮拉形仿真分析及模面优化中的若干关键技术，为试验和生产提供了有力的工艺技术支撑。
3.蒙皮数字化测量技术。针对蒙皮零件面积大、刚性差、形状复杂的特点，寻求提高蒙皮型面测量准确度的技术途径，借助数字化的激光扫描技术，完成拉形、钻孔、切边前后蒙皮形状检测，采用四边域的参数曲面拟合算法对蒙皮曲面的实测数据进行重构，将理论数模三角面片化，将实测结果与理论数模对比、校正，实现蒙皮的精确成形。点云配准是激光扫描系统应用于三维重建中的一个重要部分，实测曲面与理论数模的配准技术的应用提高了零件检测的精度；数字化检测技术的应用解决了长期以来蒙皮零件型面检测仅依靠检验人员经验判断的问题，实现了蒙皮质量检测的数字化，为实现无余量装配提供了保障。零件设计、蒙皮拉形、柔性数控切边、非接触数字化测量等共同支撑了飞机蒙皮的精确成形制造。零件设计中采用数字化分析及设计技术，为蒙皮成形提供了原始模型；蒙皮拉形中采用蒙皮拉形仿真技术预测蒙皮的成形缺陷，借助模具型面补偿技术以及工艺参数优化技术，完成了拉伸成形过程质量控制；柔性数控切边中利用蒙皮切边有限元仿真技术，为校验切边过程稳定性提供了技术保障；非接触数字化测量可提高蒙皮测量精度以及测量效率，实现飞机零部件快速检测，最终形成飞机数字化设计一制造一检验的闭环控制，实现了蒙皮的净边交付。
实现蒙皮零件精确成形是改变目前生产中存在的蒙皮制造精度不高、质量不稳定、难于形成工业化大生产制造模式的重要途径。目前，国内精确成形技术虽然在近几十年得到了巨大发展，但是与国际航空企业的应用水平还有一定的差距。随着对蒙皮精确成形技术的不断深入研究，我国将会大力推进国内飞机蒙皮制造的数字化、精准化、柔性化水平，促进当代飞机新型制造模式的变革。
参考文献：
1李东升，罗红宇，王丽丽，等． 飞机蒙皮的数字化成形制造技术［J］． 塑形工程学报， 2019， 16( 1) : 82-86．
2曾元松． 先进航空板材成形技术研究应用进展［J］． 军民两用技术与产品， 2017( 7) : 11．
3李东升，王丽丽，李小强，等． 面向可重构柔性多点模具的蒙皮数控拉形技术应用系统［J］． 航空制造技术， 2017( 10) :49
论文作者:朱宏斌 王顺红
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：蒙皮论文; 技术论文; 模具论文; 零件论文; 柔性论文; 多点论文; 飞机论文; 《工程管理前沿》2019年5卷12期论文;