CN114434092A - 一种航空板框类复杂零件的生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种航空板框类复杂零件的生产方法，其包括对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。本发明通过对目标零件进行工艺数模设计，采用三维建模的方式在原成形模具的基础上进行改进，使其成为可以用于生产目标零件的优化模具，在未额外增加模具的情况下，实现了基于成形模具的数字化切割，得到优化模具降低了模具成本，解决了传统的模具制作工艺出现的模具成本高的问题。

Description

一种航空板框类复杂零件的生产方法

技术领域

本申请涉及钣金加工领域，尤其涉及航空板框类零件外形切割优化方法。

背景技术

航空制造业是一国工业制造水平的综合体现，主要分为军用和民用两个应用领域。航空制造业发展水平反映了一国技术、经济、国防和现代工业的综合实力，有“工业科技之花”之称。目前，我国已基本掌握航空产品的设计、试制、试验和批量生产的关键技术，并已形成具有自主研制能力、相关产品配套比较齐全的工业体系，为航空制造业未来可持续发展奠定坚实基础。结构材料是航空工业发展的重要推动力。相比功能材料，结构材料的需求量、应用面更广，能够广泛应用于军工、航天航空、船舶、风电等领域。就航空工业而言，结构材料主要应用于飞机机体、发动机壳体等，且考虑到飞机不同部分的重量、温度等情况，采用的材料强度、硬度、韧性及塑性均有所区别。

在航空板框类材料的生产中，往往会有许多结构复杂的零件需要生产，然而这些零件的需求量较少，目前的做法通常是将原成形模具报废，与铣夹一致，来新制成形模具，从而保持铣夹与成形模具的协调，上述方法的成本高。

故需要一种航空板框类复杂零件的生产方法来解决上述问题。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种航空板框类复杂零件的生产方法)，旨在解决目前将原成形模具报废，与铣夹一致，来新制成形模具，从而保持铣夹与成形模具的协调导致成本高的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种航空板框类零件外形切割优化方法，对应列出独权的技术方案及从权的技术方案。

一种航空板框类复杂零件的生产方法，包括以下步骤：

对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；

基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；

基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。

可选地，所述对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模的步骤包括：

运用三维扫描设备对所述成形模具及样板进行扫描，并通过拟合所述样板与所述成形模具的腹板面，构建模具三维模型；其中，所述模具三维模型包括：外形切割线；

基于所述模具三维模型，进行零件材料厚度偏置处理，生成所述零件三维数模以及所述零件三维工艺数模。

可选地，所述基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具的步骤包括：

基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模；

基于所述优化三维数模，加工并生成所述优化模具。

可选地，所述基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模的步骤还包括：

在外形切割线附近设计局部压紧板，所述局部压紧板用于确保切割时零件与模具相贴合。

可选地，所述退刀槽深5mm、宽8mm。

可选地，所述基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤包括：

基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸；

将所述毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形；

基于所述CAD图形进行数控下料，生成零件板，并制出销钉孔；

基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔；

基于所述零件三维工艺数模，以所述定位孔为基准编制外形切割程序并对所述零件雏形的多余毛料进行切割，得到所述目标零件。

可选地，所述基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模的步骤还包括：制备对应的退刀槽的塑料密封条；

所述基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔的步骤还包括：定位毛坯料完成后安装塑料密封条。

可选地，所述将毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形的步骤之前还包括：

对所述展开毛料尺寸的周边补加工艺余量。

可选地，所述基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸的步骤还包括：所述毛料展开时所述腹板面固定不动。

可选地，所述基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤之后，还包括：

将目标零件的外形尺寸与优化模具进行比对，根据目标零件的外形尺寸对切割程序进行优化。

本申请所能实现的有益效果：本发明通过对目标零件进行工艺数模设计，采用三维建模的方式在原成形模具的基础上进行改进，使其成为可以用于生产目标零件的优化模具，在未额外增加模具的情况下，实现了基于成形模具的数字化切割，得到优化模具降低了模具成本，解决了传统的模具制作工艺出现的模具成本高的问题。

附图说明

图1为本申请一种航空板框类复杂零件的生产方法的流程示意图；

图2为图1中对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模的步骤的细化流程示意图；

图3为图1中对目标零件进行工艺数模设计，基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具的步骤的细化流程示意图；

图4为图1中基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤的细化流程示意图；

图5为典型复杂航空板框类零件外形样板示意图；

图6为典型复杂航空板框类零件成形模具示意图；

图7为典型复杂航空板框类零件示意图；

图8为典型复杂航空板框类零件工艺数模示意图；

图9为优化后的模具结构示意图；

图10为展开毛料CAD图；

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的主要解决方案是：

对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；

基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；

基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。

简单的板框类零件毛料精确展开技术已经应用较为成熟，即成形后无需切割外形，但对于复杂板框类零件则存在以下问题：

1)同一牌号规格不同炉批号材料的成形性能之间存在差异，导致同样的成形参数加工出来的零件外形存在差异性，无法满足航空钣金零件的高精度要求，易造成零件成批报废；

2)部分复杂零件翘曲变形严重，成形后贴模质量差，为了控制零件变形量，成形时需要添加加强筋等辅助工艺，成形后再进行切割。

由于现有技术是将原成形模具报废，与铣夹一致，来新制成形模具，从而保持铣夹与成形模具的协调，上述方法的成本高。

本申请提供一种解决方案，通过对目标零件进行工艺数模设计，采用三维建模的方式在原成形模具的基础上进行改进，使其成为可以用于生产目标零件的优化模具，在未额外增加模具的情况下，实现了基于成形模具的数字化切割，得到优化模具降低了模具成本，解决了传统的模具制作工艺出现的模具成本高的问题。

参照图1，本申请的实施例提供一种航空板框类复杂零件的生产方法，所述航空板框类复杂零件的生产方法包括：

步骤S10，对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；零件三维数模无需考虑生产工艺，仅考虑目标零件的实体性质，因此可根据其对成形模具的结构进行改进。而零件三维工艺数模则是需要考生产工艺，制备目标零件要同时考虑最终结构以及生产工艺。

步骤S20，基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；成形模具为现有的模具，其形状结构与目标零件的形状结构相似，直接在成形模具上进行优化不单独开模可降低成本。

步骤S30，基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。

在本实施例中，通过对目标零件进行工艺数模设计，采用三维建模的方式在原成形模具的基础上进行改进，使其成为可以用于生产目标零件的优化模具，在未额外增加模具的情况下，实现了基于成形模具的数字化切割，数字技术，是一项与电子计算机相伴相生的科学技术，它是指借助一定的设备将各种信息，包括：图、文、声、像等，转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。由于在运算、存储等环节中要借助计算机对信息进行编码、压缩、解码等，因此也称为数码技术、计算机数字技术等。数字技术也称数字控制技术。数字技术有如下特定：

(1)一般都采用二进制，因此凡元件具有的两个稳定状态都可用来表示二进制，(例如“高电平”和“低电平”)，故其基本单元电路简单，对电路中各元件精度要求不很严格，允许元件参数有较大的分散性，只要能区分两种截然不同的状态即可。这一特点，对实现数字电路集成化是十分有利的。

(2)抗干扰能力强、精度高。由于数码技术传递加工和处理的是二值信息，不易受外界的干扰，因而抗干扰能力强。另外它可用增加二进制数的数位提高精度。

(3)数字信号便于长期存贮，使大量可贵的信息资源得以保存。

(4)保密性好，在数码技术中可以进行加密处理使一些可贵信息资源不易被窃取。

(5)通用性强，可以采用标准化的逻辑部件来构成各种各样的数码系统。

使用数字化切割得到优化模具降低了模具成本，解决了传统的模具制作工艺出现的模具成本高的问题。

作为一种可选的实施方式，本实施例的一种航空板框类复杂零件的生产方法还包括：

步骤S40，将目标零件的外形尺寸与优化模具进行比对，根据目标零件的外形尺寸对切割程序进行优化。

其中，步骤S40，将目标零件的外形尺寸与优化模具进行比对，根据目标零件的外形尺寸对切割程序进行优化的目的在于：由于切割程序编制及前期扫描建模精度等原因，可能无法一次性成功，因此需要根据试验情况对数据进行修订，一旦修订完毕，则所有参数可固化，可确保本发明工艺方法的稳定性及批量化应用。

逆向建模技术已经在航空钣金制造领域逐渐应用，其通过扫描零件实物构建零件的三维模型。航空板框类零件相对比较细长，大部分零件成形后存在“拉孔”现象，即原有的圆形销钉孔在零件成形后变成椭圆孔，为了提高切割时零件定位精度，在进行工艺数模时新增定位孔；同时，由于板框类零件腹板面为平面，为了提高建模精度，可将腹板面及其上的定位孔作为数模拟合基准。如下请参照图2，作为一种可选的实施方式，对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模的步骤包括：

步骤S11，运用三维扫描设备对所述成形模具及样板进行扫描，三维扫描仪作为一种快速的立体测量设备，因其测量速度快、精度高，非接触，使用方便等优点而得到越来越多的应用。用三维扫描仪对手板，样品、模型进行扫描，可以得到其立体尺寸数据，这些数据能直接与CAD/CAM软件接口，在CAD系统中可以对数据进行调整、修补、再送到加工中心或快速成型设备上制造，可以极大的缩短产品制造周期。并通过拟合所述样板与所述成形模具的腹板面，构建模具三维模型，三维模型是物体的多边形表示，通常用计算机或者其他视频设备进行显示，作为点和其他信息集合的数据，三维模型可以手工生成，也可以按照一定的算法生成，通常按照虚拟的方式存在于计算机或者计算机文件中；其中，所述模具三维模型包括：外形切割线；上述的目标零件即为航空板框类复杂零件，由于目标零件的单独开模，因此生产目标零件的模具为原有的成形模具，因此三维扫描设备扫描的是成形模具。三维扫描设备对成形模具的空间外形和结构及色彩进行扫描，以获得物体表面的空间坐标。

参照图7，图7为典型复杂航空板框类零件示意图，即为需要生成的目标零件示意图。先将目标零件进行平面样板扫描，得到如图5所示的复杂航空板框类零件外形样板示意图。再以如图5所示的复杂航空板框类零件外形样板为基准面，与成形模具一同扫描，并将其扫描数据相结合，构建如图6所示的，用于生产目标零件的模具的三维数模。

步骤S12，基于所述模具三维模型，进行零件材料厚度偏置处理，生成所述零件三维数模以及所述零件三维工艺数模。在此步骤中，基于模具三维模型扫描生成的数模只是一个没有厚度的型面，因此需要根据实际零件厚度进行偏置，才能生成零件三维数模以及所述零件三维工艺数模。

在步骤S11中，在模具三维模型中，模具两端头需要预设定位孔，用于在后续切割成形模具制造优化模具的基准。航空钣金中一般军机通用定位孔是5.2mm，民机通用定位孔是4.9mm，本发明源于民机，考虑到通用性定位孔选用4.9mm。外形切割线是指模具上用于标示出零件外形尺寸的刻线，根据误差允许要求，外形切割线的宽度为0.1mm。

此外，得到零件三维数模及零件三维工艺数模的步骤还包括：

在外形切割线附近设计局部压紧板，所述局部压紧板用于确保切割时零件与模具相贴合。局部压紧板的设置能够确保割时零件贴合模具，以保证切割精度。

参照图3，作为一种可选的实施方式，基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具的步骤包括：

步骤S21基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模；退刀槽即越程槽，是指在轴类零件外圆表面为车削螺纹时方便退出车刀或磨削时方便退出砂轮或砂带而沿圆周方向开的槽。越程槽是磨削加工时用的.砂轮的柱面和端面之间有个圆角，这个角很难控制，并且不稳定，工艺上没法利用，在需要台阶轴的外径和台阶端面时，夹角处没法磨到所需的精度和粗糙度，于是就在外径和台阶相交处将外径和台阶的根部各车去一些，形成一个槽，就叫砂轮越程槽，简称越程槽。

上述中退刀槽深5mm、宽8mm。当前航空钣金外形切割所用刀具直径一般不超过8mm，因此宽度设置为8mm能够使其满足多种刀具切割，提高适用性。深度设置为5mm，能够使切割时零件紧贴在模具上，防止伤到模具。同时能够排除切割产生的铝屑，进而起到很好的散热效果。

步骤S22基于所述优化三维数模，加工并生成所述优化模具。

上述中对模具的三维数模的优化过程还包括基于零件三维数模构建零件的三维工艺数模，增加拉延筋，并经过优化后得到如图8所示复杂航空板框类零件工艺数模。其中优化内容如下：

1)两端头各增加1个定位孔；

2)弯边筋槽区增加局部压紧板；

3)基于零件刻线即上述的外形切割线设计退刀槽。

优化后的模具如图9所示。基于优化模具数模，返修模具，生成优化模具。

参照图4，作为一种可选的实施方式，基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤包括：

步骤S31基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸；弯边有曲率的零件，较为通用的毛料展开方式是用展开软件进行计算，其原理是将曲面分成很多细小的网格，网格的每一条线可以看成是一条直线，将其映射到平面上去。

步骤S32将所述毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形；本方案为数字化切割，因此需要将毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形。数字化切割代替手工切割具，切割后的产品结构外形更加精准，且效率更高。

步骤S33基于所述CAD图形进行数控下料，生成零件板，并制出销钉孔；销钉孔为零件成形的基准点，为了使得后续零件成形更加精准，因此需要制作出销钉孔。

步骤S34基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔；由于零件板成形后存在“拉孔”现象，导致上述步骤的销钉孔无法使用，因此定位孔需要在零件板成形之后制出，使定位孔作为外形切割的基准点。

步骤S35基于所述零件三维工艺数模，以所述定位孔为基准编制外形切割程序并对所述零件雏形的多余毛料进行切割，得到所述目标零件。编制外形切割程序切割零件相比于手工切割零件，编制外形切割程序切割零件的过程中，零件外形切割精度且加工效率大幅提高，增强了质量稳定性。

此外，基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模的步骤还包括：制备对应的退刀槽的塑料密封条；

所述基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔的步骤还包括：定位毛坯料完成后安装塑料密封条。以免成形时退刀槽在目标零件上留下较深的凹痕，影响表面质量。

将图8的复杂航空板框类零件工艺数模进行毛料展开计算，生成CAD下料图形，如图10所示。图10中定位孔只是示意展开毛料尺寸覆盖了定位孔，实际下料时该2个定位孔不制出，待零件成形后手工钻出。基于该2个定位孔编制外形切割程序，进行零件外形切割。在初次切割完成后，基于实际情况进行切割优化。可以理解的是，此处的实际情况包括但不限于目标零件的外形、大小。上述切割优化应理解为对编制的外形切割程序进行优化，将理论与实际结合，得出最优的外形切割程序。

步骤S33将毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形的步骤之前还包括：对所述展开毛料尺寸的周边补加工艺余量。避免在后续的切割过程中，因毛料尺寸不够，导致优化模具的形状产生偏差，影响后续目标零件的生产。

此外，步骤S31基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸的步骤还包括：所述毛料展开时所述腹板面固定不动。弯边有曲率的零件，较为通用的毛料展开方式是用展开软件进行计算，其原理是将曲面分成很多细小的网格，网格的每一条线可以看成是一条直线，将其映射到平面上去。腹板固定不动，是为了保证将腹板面作为映射平面时，腹板面就不会有任何改动，便于切割时定位的精度。

需要说明的是，在步骤S32将所述毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形中，CAD图形上不包含定位孔的尺寸，但补加的工艺余量需覆盖该定位孔的尺寸。在补加工艺余量的过程中，板料成形时由于受力发生材料流动，使原本的圆形销钉孔被拉成椭圆形孔，无法再作为定位使用，定位孔是作为切割时零件定位及切割程序编制的基准，因此定位孔不能提前制出，只能待目标零件成形并校正完成后再制出，因此毛料的CAD图形中不能包含定位孔，但为了确保后续手工钻制定位孔，因此在毛料尺寸设计时必须考虑定位孔的尺寸，确保余量足够。

综上所述，本申请所提出的一种航空板框类复杂零件的生产方法，所述航空板框类复杂零件的生产方法：

对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；

基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；

基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。

本发明通过对目标零件进行工艺数模设计，采用三维建模的方式在原成形模具的基础上进行改进，使其成为可以用于生产目标零件的优化模具，在未额外增加模具的情况下，实现了基于成形模具的数字化切割，得到优化模具降低了模具成本，解决了传统的模具制作工艺出现的模具成本高的问题。只需要在现有工装上进行改进，无需额外增加工装即可实现基于原有模具的数字化切割，具有高质量、高效率、低成本制造的优势。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种航空板框类复杂零件的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模；

基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具；

基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对目标零件进行工艺数模设计，得到零件三维数模及零件三维工艺数模的步骤包括：

运用三维扫描设备对所述成形模具及样板进行扫描，并通过拟合所述样板与所述成形模具的腹板面，构建模具三维模型；其中，所述模具三维模型包括：外形切割线；

基于所述模具三维模型，进行零件材料厚度偏置处理，生成所述零件三维数模以及所述零件三维工艺数模。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述零件三维数模，对成形模具结构改进，得到优化模具的步骤包括：

基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模；

基于所述优化三维数模，加工并生成所述优化模具。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模的步骤还包括：

在外形切割线附近设计局部压紧板，所述局部压紧板用于确保切割时零件与模具相贴合。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述退刀槽深5mm、宽8mm。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤包括：

基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸；

将所述毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形；

基于所述CAD图形进行数控下料，生成零件板，并制出销钉孔；

基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔；

基于所述零件三维工艺数模，以所述定位孔为基准编制外形切割程序并对所述零件雏形的多余毛料进行切割，得到所述目标零件。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述模具三维数模，在所述外形切割线外设计退刀槽结构，生成优化三维数模的步骤还包括：制备对应的退刀槽的塑料密封条；

所述基于所述销钉孔在所述优化模具上定位毛坯料并成形，生成零件雏形，并在所述零件雏形上钻制定位孔的步骤还包括：定位毛坯料完成后安装塑料密封条。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将毛坯尺寸转化成可供数控下料机床编程的CAD图形的步骤之前还包括：

对所述展开毛料尺寸的周边补加工艺余量。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述零件三维工艺数模进行毛料展开，生成用于实际成形的展开毛坯尺寸的步骤还包括：所述毛料展开时所述腹板面固定不动。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述零件三维工艺数模以及所述优化模具，生成目标零件的步骤之后，还包括：

将目标零件的外形尺寸与优化模具进行比对，根据目标零件的外形尺寸对切割程序进行优化。

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