多点柔性模具在飞机蒙皮成形的应用.docx

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1、多点柔性模具在飞机蒙皮成形中应用多点模具蒙皮拉形技术是将柔性制造和计算机技术结合为一体的先进制造技术，其核心是将传统的整体拉形模具离散成规则排列的基本单元体矩阵，形成多点式、可数字化控制的模具。模具基本单元体的高度由计算机自动控制，通过调整每个基本单元体的高度，可构造出不同型面的多点模具。随着计算机信息技术的飞速发展和三维数字化产品定义在飞机设计中的广泛应用，各种军用和民用飞机研制速度加快，周期更短，制造精度要求更高。传统上以模线、样板、表面样件、正反模型等模拟量为制造依据的协调方式不再完全满足现代飞机高精度、低成本、短周期的研制需求，以数字量为制造依据的协调方式

2、逐渐成为现代飞机研制的主流。在此情况下，数字化的工艺设计、柔性加工、激光快速检测技术开始在飞机研制过程中广泛应用，并成为现代飞机研制过程中不可缺少的一环。在飞机蒙皮零件制造方面，最主要的成形方法是拉形，几乎所有的铝合金机身蒙皮、进气道蒙皮、机翼前缘蒙皮都可以通过拉形得到。通常是以理论数模为依据数控加工拉形模，以有限元仿真优化后的拉形轨迹代码为依据进行蒙皮拉形和以数控加工的拉形模为依据检验蒙皮零件。该方法淘汰了传统的模线、样板等中间环节，提高了拉形模的制造精度，并采用了数字量拉形轨迹代码，实现了蒙皮零件的精确成形…，满足了现代飞机生产中高精度、质量一致性以及批量生产

3、的需要。在飞机试制阶段，飞机设计处于反复叠代、不断优化的过程中，飞机蒙皮零件普遍呈现多品种、单件(1件-3件)生产的趋势。针对现代飞机蒙皮零件在试制盼段高精度、低成本、短周期的制造需求，需要研究一种数字化、柔性、低成本、快速生产的工艺技术。利用数字化的多点柔性模具代替传统的拉形模进行蒙皮拉形就是一种比较好的选择，该方法通常简称多点模具蒙皮拉形技术。多点模具蒙皮拉形技术是将柔性制造和计算机技术结合为一体的先进制造技术，其核心是将传统整体拉形模具离散成规则排列的基本单元体矩阵，形成多点式、可数字化控制的模具。模具基本单元体的高度由计算机自动控制，通过调整每个基本单元体

4、的高度，可构造出不同型面的多点模具，在多点模具表面铺上一定厚度的弹性垫，配合蒙皮拉伸机，可进行不同形状蒙皮零件的拉形。国内外模具蒙皮拉形技术状况1国外多点模具蒙皮拉形技术状况在飞机制造领域采用多点模具进行蒙皮拉形的工作始于美国麻省理工学院(MIT)。20世纪70年代末，Hardt等人研制了基于可重构模具柔性制造方法的实验室原理机，1999年美国GrummanAerospace公司与MIT、美国CyrilBath公司及美国海军研究署合作，研制了RTFF蒙皮拉形多点模具的全尺寸样机。该样机核心部分由2688个基本单元体(64×42排列)组成，成形的最大尺寸为1828.

5、8mm×1219.2mm。后来，CyrilBath公司又制造了用于实际生产的蒙皮拉形可重构模具装置，由1120个基本单元体(40×28排列)组成，成形的最大尺寸为1524mmx1066.8mm。美国WarnerRobbins空军后勤基地将该装置用于飞机机身与机翼蒙皮的制造，应用结果表明，该装置可以代替45%-75%的现有模具，蒙皮的制造周期缩短为原来的1／8，同时还显著减少了模具的存贮成本。2国内多点模具蒙皮拉形技术状况近年来，国内北京航空制造工程研究所、北京航空航天大学、吉林大学以及飞机制造厂对多点模具蒙皮拉形技术开展了系列研究，完成了原理样机的研制，进行了典型

6、多点柔性模具代替传统的拉形模进行蒙皮拉形试验，解决了蒙皮拉形过程中的参数优化与工程化应用问题。2007年，北京航空制造工程研究所完成了蒙皮拉形用多点柔性模具600mm×400mm原理样机的研制，并进行了典型双曲率零件多点模具蒙皮拉形技术研究；北京航空航天大学对多点模具蒙皮拉形过程进行有限元仿真分析，优化了工艺参数；吉林大学在多点柔性模具方面进行了系统、深入的研究与开发，研制了多套多点柔性模具，实现了典型零件多点模具蒙皮拉伸成形例。由于国内高校、研究所缺乏专用的蒙皮拉伸设备，多点模具蒙皮拉伸成形的工艺试验、典型零件的生产与验证等工作都在成都飞机工业（集团）有限公司（

7、简称成飞）、西安飞机工业（集团）有限公司（简称西飞）、哈飞等主机厂进行。多点模具蒙皮拉形工艺的特点多点柔性模具的型面在计算机的控制下快速可变，其生产工艺与传统拉形工艺有很大的不同。图1为传统蒙皮拉形与多点模具蒙皮拉形过程对比，可以看出，多点模具蒙皮拉形具有以下技术特点：(1)不需要专用的拉形模。利用零件的CATIA模型，由专用软件对零件型面进行弹性垫厚度补偿、回弹补偿后直接设计出多点模具成形面，通过计算机控制调整基本单元体的高度，从而由多个整齐排列的离散点构成多点模具型面，配合蒙皮拉伸机进行蒙皮拉形。(2)省去了专用拉形模的设计、制造时间，显著缩短新机研制中工艺准

8、备周期，降