飞机钣金成形信息化现状与关键技术解决途径

飞机钣金成形信息化现状与关键技术解决途径

高峰

航空工业哈飞

黑龙江省哈尔滨市 150060

摘要：钣金成形是航空工程制造过程的主要技术,对航空装备的结构效率和性能的优化具有重要作用。随着经济的发展带来科技的进步,信息化技术已成为钣金成形信息获取的重要组成部分之一。基于此，本文重点分析了飞机钣金成形信息化现状与关键技术解决途径。

关键词：钣金成形信息化；现状；关键技术；解决途径

钣金成形信息化技术为研究飞机制造提供技术支撑，需从飞机产品的市场需求进行分析，注重信息资源的深度开发，将数字化技术有效的应用其中，通过构建数据模型的方式对钣金成形设计技术进行了解，使之适应当前飞机钣金成形信息化发展的实际需要。

一、钣金成形信息

1、内涵。钣金成形信息主要分为钣金件几何特征信息、材料信息、工艺信息、仿真结果信息、成形模具信息、设备信息等。这些钣金成形信息是制定成形方案、编制成形工艺、确定工艺参数、设计成形模具的依据，也是知识工程的一部分，提高钣金成形知识重用率和整体钣金成形技术水平的基础。

2、分类。钣金成形信息主要分为两个类型，即材料、工艺信息。材料信息包括描述性信息，如材料类型、名称、批次、厂家等；力学性能包括杨氏模量、泊松比等；性能包括拉伸系数、最小弯曲半径、异性参数等。钣金成形工艺包括工艺信息、成形模具信息、几何信息、设备信息等。其中，工艺信息包括成形方法、参数、介质等；几何信息包括几何特征、零件分类、尺寸等；设备信息包括适用范围、设备参数、设备场地等。

二、飞机钣金成形信息化现状

我国大力重视飞机钣金成形信息化研究工作，为了适应当前航空制造业发展的实际需要，始终坚持“走出去”与“引进来”相结合的发展原则，积极引进先进的钣金件专用数控成形设备，并注重研究钣金成形工艺信息化，在此环节中，注重加强与相关优秀企业开展合作，提升钣金件数字化制造技术水平。在当前研究飞机钣金成形信息化的过程中，注重提升完备体系的数据库工程技术开发水平，完善钣金工艺数据库，将各个单项技术有效的应用其中，其中钣金工艺参数库及钣金工艺基础数据库的构建为日后研究工作提供了理论依据，数据库中包含的材料及工艺具有多样性，并分别从不同的方面进行研究，数据库中涉及的材料包括铝合金及钛合金等，涉及的工艺包括蒙皮拉形及型材拉弯等，其中的型材拉弯回弹控制等钣金件数字化制造程度逐渐加深。我国已开展了钣金件工艺的试验，从中提出关键技术，但相关的工作人员未做好研究数据的管理工作，造成钣金件成形过程中数字量不准确的现象，为弥补钣金件工艺发展过程中的局限性，将现代化科学信息技术应用其中，构建钣金件数字化生产线，以此提升钣金件数字化制造水平。

三、航空钣金成形信息化关键技术解决途径

由于钣金件结构和成形工艺的特点，钣金件制造中涉及到的信息类型繁多、相互间联系复杂、数据量大，按在钣金件制造中的作用分为：一类是用于钣金件制造生产的各类数据，称为钣金件生产数据，包括零件、过程、资源要素；另一类是支持钣金件制造生产数据产生的各类知识，称为钣金成形工艺知识。钣金件数字化制造技术以数控装备和网络共享的发展及应用为前提，以制造过程的知识、信息和数据的数字化表达为基础，以数字化建模、仿真、预测与优化为特征。航空制造企业先后引进了各种钣金成形专用数控设备，数控设备的应用促进了模型设计和知识重用的共同发展，模型设计和知识重用又为设备效能提高提供技术保障。

在现有机床设备和软件条件下，要实现钣金成形技术进一步升级，就要针对各类钣金件及成形工艺特点，从生产数据和制造知识的“信息”与“技术”两方向深化，开发数字化工艺设计方法和专用技术工具。钣金成形信息化的关键技术包括：一是从生产数据分析，进一步深化信息技术在成形制造过程的应用，发展模型及其定义专用技术；二是从制造知识分析，持续开展钣金成形工艺知识的开发，建立全生命周期的知识模型及其应用技术。以上二者有机结合，才能实现钣金件工程数据模型定义数字化、工艺方案设计智能化、工装设计制造数字化和设备控制数字化，达到高效率、高精度的智能化制造。

1、钣金成形制造数字量定义、传递与控制技术。钣金成形过程以钣金件为核心，根据钣金件和现有资源进行工艺过程规划，工艺过程是设计和加工的桥梁，再根据钣金件和工艺过程进行企业资源计划。钣金件模型是数字化制造的源头，在新型飞机研制中信息表达方式从以几何模型为主的3D模型发展到全3D模型，模型定义技术的发展要使制造更加高效、精确。

影响钣金成形效率和质量的关键技术问题有：一是钣金件设计模型的信息是否更好地满足数字化制造要求，通过发展面向制造的全三维设计模型定义方法，面向制造定义全三维设计模型驱动全局工艺过程规划，以实现制造的高效化；二是设计模型在工艺链中考虑变形因素进行延拓后的准确度，通过开发各类零部件专用制造模型定义工具，面向工艺链定义制造模型驱动局部工艺过程工装、数控编程和现场操作，以实现制造的高精度。若工装设计的依据并不是考虑变形因素的工艺数模，钣金件制造过程中传递的虽然名义是数字量，但由于该数字量不准确，并未改变“设备粗成形+手工精校形”和工艺试验反复试错的方式。以拉弯成形和橡皮囊液压成形工艺为例，若不进行模具回弹补偿修正，直接采用零件的理论数模进行模具的设计和制造，将导致零件成形后需大量的手工校形，周期长、质量不高。

针对框肋、型材、壁板、蒙皮等零件和工艺研究开发毛坯展开、回弹补偿和工艺参数设计专用技术工具，以各工序的三维模型对制造信息演变和物理转变过程进行定量描述和控制，驱动全局的工艺过程规划和各个局部工艺过程的参数设计、工装设计、数控编程和现场操作的数字化制造过程。通过将钣金件制造相关的指令、工艺参数、制造模型、制造现场的质量状况以数字量的形式定义和应用，构建以工艺设计、工装设计、成形和检测的全数字量传递与控制的设计制造集成系统，改变“设备和模具粗成形+手工精校形”和以操作人员经验为依据的制造方式。

2、钣金成形工艺知识的数字化表达、管理和使用技术。由于钣金件及成形工艺种类繁多、成形机理复杂，制造过程是知识密集型的过程，制造知识具有经验性、多样性、复杂性、丰富性等特点。无论是传统的制造技术还是正在发展的智能化制造技术，都依赖于知识。作为制造核心能力凝聚的知识，在整个钣金成形中处于基础支撑的关键地位，其管理和使用能力是制造技术发展的决定因素，区别在于知识重用方式。由于钣金件结构及各类工艺机理的复杂性，由现有通用计算机辅助软件进行计算和建模，制造效率并不能有效提高，也无法摆脱对个人经验的依赖，缺乏知识重用方法的支持，模型处理数字化的精确、快速等特点也无法充分发挥。通过制造知识重复使用定量计算各类模型及其参数是发展智能制造技术的有效途径。

根据飞机钣金件特点，对钣金成形制造过程中的知识进行分类和建库，对大量源头各异的制造知识进行获取、存储和在制造活动中使用，需要构建记忆钣金成形工艺知识的“智能结构”和建立求解问题的“智能工具”相结合的智能化技术，将钣金工艺知识用于工艺性分析、工艺设计、加工过程中各类信息模型的设计，以知识重用实现对产品形状和性能的预测及有效控制，提升各类成形工艺模型和参数定义的效率及准确度，同时动态积累、更新知识，实现工艺分析的科学化和变形可控化。

参考文献：

[1]王宏生.飞机钣金成形信息化现状与关键技术解决途径[J].科技创新与应用，2019(33).

[2]范玉斌.飞机钣金成形信息化现状与关键技术解决途径[J].航空制造技术，2016(13).