◎金立強

現(xiàn)代大型飛機中的零件種類比較多，其中包括許多復(fù)雜曲面零件，這類零件在進(jìn)行生產(chǎn)加工的過程中需要應(yīng)用展開工藝模型，展開工藝模型設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用能夠確定具體零件的尺寸，不用進(jìn)行后續(xù)修邊處理工作，而且還可以避免材料上的浪費，保證零件尺寸的準(zhǔn)確性提高零件成形質(zhì)量。因此，加強對大型飛機展開工藝模型設(shè)計技術(shù)的研究與應(yīng)用對航空制造行業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

一、機翼整體壁板的展開設(shè)計

1.展開流程。

作為連接設(shè)計和制造的紐帶工藝，機翼整體壁板展開設(shè)計主要涉及展開外形曲面、映射結(jié)構(gòu)特征和重構(gòu)板坯模型3個步驟。整體壁板外形曲面多為幾何上不可精確展開的雙曲率曲面，強制展開需要進(jìn)行合理的工程近似，難免產(chǎn)生一定的展開誤差。根據(jù)展開原理的不同，雙曲率曲面展開方法可分為幾何方法和力學(xué)方法2類。將外形曲面展開為平面后，需要進(jìn)一步確定壁板結(jié)構(gòu)特征在展開平面的對應(yīng)位置，這一過程稱為結(jié)構(gòu)特征的映射。

2.展開工藝模型關(guān)鍵技術(shù)。

（1）復(fù)雜外形曲面的精確展開。整體壁板的制造精度要求高，展向長度20m左右的整體壁板，制造允許誤差通常只有2mm-3mm。無論采用何種曲面展開方法，都容易出現(xiàn)展開誤差過大的情況，導(dǎo)致最終建立的展開工藝模型超差。為有效控制外形曲面的展開精度，展開前后應(yīng)進(jìn)行展開誤差檢測和必要的曲面優(yōu)化處理。CATIA軟件提供的多種曲面處理功能，包括多截面曲面、網(wǎng)格曲面以及通過點云構(gòu)造曲面等，都可以用于壁板外形曲面的優(yōu)化。

（2）變厚度壁板蒙皮的快速展開。構(gòu)造變厚度壁板蒙皮板坯的傳統(tǒng)方法是手工在內(nèi)型面上取大量點，逐個測量各點處壁板蒙皮的厚度值，然后基于這些厚度值在外形展開面上擬合內(nèi)型面，進(jìn)而構(gòu)造出蒙皮板坯。

（3）壁板成形延展的預(yù)先補償。由于環(huán)境溫度、成形工藝參數(shù)以及材料本身應(yīng)力狀態(tài)等因素的交錯影響，壁板在成形過程中會有不同程度的延展變形，且變形量隨機性大，難以精確計算。計算壁板成形延展量主要有解析計算、有限元分析和試驗測量3類方法。獲得壁板的成形延展量后，就可以對壁板展開板坯模型進(jìn)行補償修正。

二、長桁零件的拉直展開

1.“拉直展開“工藝。

長桁的最新加工工藝與整體壁板類似：首先將長桁拉直展開，建立零件的展開工藝模型，然后加工出展開板坯，最后采用彎扭冷加工工藝將其成形為最終形狀。與“靠模銑”方法相比，這種加工方法效率高，節(jié)省工裝，零件成形性能好。需要說明的是，整體壁板的展開方法對于長桁具有一定借鑒意義，但長桁展開一般要求底面和立筋面均為平面狀態(tài)，這與壁板零件僅底面為平面有著明顯的區(qū)別。

2.長桁“拉直展開”關(guān)鍵技術(shù)。

（1）基于基準(zhǔn)線的展開方法。提取長桁的基準(zhǔn)線，構(gòu)造一條等長的直線作為展開基準(zhǔn)線，然后在基準(zhǔn)線上選取一定數(shù)量的法向切面去切長桁，形成一組長桁截面。接著，將所有截面轉(zhuǎn)換到展開基準(zhǔn)線的對應(yīng)位置，并扭轉(zhuǎn)擺正。最后，以展開基準(zhǔn)線為引導(dǎo)線，通過擺正的截面拉伸出長桁的主體結(jié)構(gòu)，在主體結(jié)構(gòu)添加局部特征即可得到展開工藝模型。

（2）局部特征的處理。對于凸臺、下陷、變截面、復(fù)雜端頭等局部特征，需要確定它們在基準(zhǔn)線和展開基準(zhǔn)線上的基準(zhǔn)點，通過在基準(zhǔn)點建立坐標(biāo)系實現(xiàn)局部特征由設(shè)計模型向展開工藝模型的定位和轉(zhuǎn)換。此外，將長桁立筋面擺正為平面的過程中，長桁底面會發(fā)生扭曲，這就需要對長桁截面形狀進(jìn)行修型優(yōu)化，以保證零件的展開質(zhì)量。

（3）長桁成形延展的預(yù)先補償。傳統(tǒng)上，當(dāng)長桁零件上沒有位置精度要求高的局部特征時，成形前在零件端頭預(yù)留一定加工余量，成形后將加工余量和延展變形量一并切除。然而，隨著長桁特征復(fù)雜度的不斷提高，零件上往往會出現(xiàn)配合精度要求高的局部特征，導(dǎo)致加工出來的零件超差。為避免這種現(xiàn)象，應(yīng)在拉直展開過程中預(yù)先補償零件的成形延展。

三、機身蒙皮的展開

1.化學(xué)銑切工藝。

這項工藝技術(shù)主要是使用腐蝕性較強的溶液對機身零件中多余的部分進(jìn)行處理，在實際進(jìn)行工藝操作時需要使用專門的保護(hù)膜，根據(jù)零件的尺寸要求來進(jìn)行針對性操作，確保機身蒙皮尺寸和形狀能夠達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這種化學(xué)銑切工藝在航空飛機制造行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，也是目前大型飛機生產(chǎn)制造中不可缺少的一項工藝內(nèi)容，在機身蒙皮的加工處理中取得了良好的應(yīng)用效果，整體的生產(chǎn)效率比較高還可以控制零件變形，整體的應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯。但是這項工藝技術(shù)在使用過程中也存在一些弊端，由于使用的強腐蝕溶液會產(chǎn)生化學(xué)污染，同時加工處理過程中需要消耗較多的資源能源，進(jìn)而需要進(jìn)行優(yōu)化與完善。

2.“先銑后彎”工藝。

“先銑后彎”工藝也是機身蒙皮展開設(shè)計中比較常用的一項工藝技術(shù)，這項工藝在應(yīng)用時首先建立零件模型，再根據(jù)模型的尺寸標(biāo)準(zhǔn)在使用的零件材料上進(jìn)行加工處理，最后采用滾彎或者拉伸的方法對其進(jìn)行成形處理。該工藝在使用中對周圍環(huán)境的影響比較小，可以保證零件尺寸參數(shù)的準(zhǔn)確性，不需要工作人員進(jìn)行較多操作，與化學(xué)銑切工藝相比應(yīng)用優(yōu)勢較為明顯。但是這項技術(shù)應(yīng)用時必須要保證材料性質(zhì)的穩(wěn)定性，不能出現(xiàn)大幅度變形的情況這樣才能保證零件的應(yīng)用性能和使用強度。因此，該工藝特別適用于單曲率機身蒙皮的滾彎成形。

結(jié)語：零件展開過程中會對零件的工藝性能產(chǎn)生較大影響，若沒有進(jìn)行針對性處理就會影響建模質(zhì)量和整體的加工效率，因此，對零件展開過程中的工藝方法進(jìn)行細(xì)致分析，并在建模過程中進(jìn)行優(yōu)化和完善能夠提高飛機零件展開技術(shù)的應(yīng)用水平。由于展開工藝模型設(shè)計過程中涉及到的內(nèi)容比較多，有許多重復(fù)性作業(yè)，在反復(fù)操作期間容易出現(xiàn)操作失誤而影響零件質(zhì)量，基于這種情況可以研發(fā)設(shè)計一個通用性的操作軟件，能夠根據(jù)不同的零件展開設(shè)計需求進(jìn)行針對性處理，以此提高展開工作的開展效率。