摘要：航空钣金件及其数字化设计制造在整机研制中的重要性不容忽视。本文阐述了航空钣金模具数字化设计制造技术的发展。
关键词：航空钣金模具；数字化设计；制造技术
钣金件作为航空产品外形、结构和内装的主要零件，占了产品零件总数量的50％乃至更多。虽然随着航空技术的发展整机零件总数下降，但钣金件所占比例并没有减少。因此，钣金件在整机的研制中十分重要。
1 航空钣金模具设计制造的技术现状
由于航空产品钣金件品种多、成型零件的类型多、形状复杂、批量小、质量要求高、产品更新速度快而形成航空钣金模具的品种多、数量大、精度要求高，设计制造周期长，因此航空钣金模具的设计制造精度、方式和周期多年来一直是航空钣金模具设计人员所研究的问题。
航空钣金模具主要有冲裁模、弯曲模、拉伸模、拉型模、拉弯模、型胎模和下陷模等。多年来，其设计大多凭借设计者直接和间接的知识和经验，通过类比法或经验公式来进行设计。模具设计大部分以二维设计为主，模具型面以模线样板、样件、模胎等模拟量的方式进行传递协调，模具制造精度及配合面的协调性不易保证。模具设计制造过程基本上采用串行方式进行，各部门相对独立工作，技术准备工作不能并行开展，设计制造问题不能及时暴露，工程更改信息不能及时反馈协调，模具设计制造返修量较大。
此外，由于航空产品向多品种、小批量、复杂、精密、高质量和短交货期的方向发展。要求钣金模具具有更短的周期、更低的成本和更高的质量。随着企业信息化和设计、制造数字化技术的不断深入发展，传统的二维通用模具设计的方式已不能满足现代航空产品生产的需要。
近年来，随着三维CAD技术及数字化技术、网络技术的不断发展，以PDM数字化管理、数字化三维设计、三维加工数模、数字量传递、数字量检测、NC数字化加工为代表的数字化航空钣金模具制造技术得到了快速发展。航空钣金模具设计人员可直接获取航空产品零件数模进行钣金模具犁面设计，一些CAE技术的发展在模具设计计算中也得到有效利用。表面样件、正反模型等实物标准工装已被数字标准工装和工艺数模取代。精益制造、精确成形、无余量装配等技术也得以应用。另外，大多航空企业还引进了数控纵、横向蒙皮拉型机、数控型材拉弯机、数控旋压机床和数控钛合金热成型机床等先进数控成型设备。这些先进的成型设备不仅包含成型的工艺信息，而且可根据这些工艺信息分析出机床成型参数。同时，模具制造的数控加工和检测能力也得到进一步加强，形成了一套有效的数字量传递一体化协调体系。其间，由于三维CAD技术的发展，CAE技术也得到深入应用。而且部分企业也陆续开发了一些数字化钣金模具专业CAD软件，从而使航空钣金模具设计制造技术得到了跨越式发展。
2 航空钣金模具数字化设计制造技术的发展
2.1 产品数字化设计。产品数字化设计必须以三维设计为基础，采取并行工作方式，在概念设计、详细设计和最终设计的不同阶段，以不同成熟度、分阶段将设计数模发送进入产品设计数据库，以便下游各部门提前进行工艺方案、工艺数模、钣金模具、模具工艺、数控加工等一系列生产准备、预设计和最终设计，并在各设计阶段，通过网络协调下游所反馈的问题和修改建议，将产品设计更改及时反馈到下游各子系统。其中，各系统间数据传递的及时性非常重要。
2.2 产品数字化工艺设计。产品数字化工艺设计是继产品设计之后的第2个环节，是产品制造的首要工作，主要制定产品制造工艺总方案、装配及零件协调方案，制定钣金模具工艺品种表、零件制造工艺、模具订货需求等产品制造所有工艺设计，在并行工作模式下，反馈产品设计问题、修改工艺方案，并为下游分阶段提供各项数据进入工艺设计数据库。其中，工艺三维仿真、以全数字化代替纸质工艺是数字化工艺设计的重要工作内容。
2.3 工艺数模设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆工艺数模是在产品数模基础上增加工艺余量和定位基准等而重构的数模，是模具设计和数字量协调的设计依据，这类数模远比产品数模设计量大，品种多，其中包括数字量传递的工艺协调依据，是数字化制造中的一个重要环节。
2.4 数字化钣金模具设计技术。基于知识的工程（KBE）技术是面向现代设计决策自动化的重要工具，已成为促进工程设计智能化的重要途径。KBE技术作为一种新型的智能设计思想，将对模具的智能、优化设计产生重要影响。三维CAD技术、KBE技术的发展及模具设计的标准化，为模具设计提供了良好基础平台和技术基础。此技术引入到模具设计中，将前人的经验和知识进行科学的、系统的提炼，形成系列的专家智能知识库，通过三维CAD软件的二次开发，形成钣金模具智能化设计系统，人工经验设计方式转化为基于知识推理的设计方式。设计人员根据产品设计模型和工程设计要求，按照模具设计流程和模具设计经验知识库，实现模具的快速设计，并可充分利用和保存模具设计的经验和知识，提高模具设计的速度和质量，降低设计的成本，使企业长期积累的知识能得到继承与共享，并对模具设计过程中的设计文档和设计数据进行一体化管理，提高模具设计速度，缩短模具设计周期，降低模具设计成本，有利于再利用已有的模具信息，充分利用和保存自身在模具设计中的资源。
2.5 钣金模具数字化分析。在模具设计制造中，模具数字化分析是一项非常重要的关键技术，它是保证钣金成型质量和可靠性的前提。同时也可减少大量试模工作。其中包括金属成形起皱及破裂分析、应力应变和回弹分析、过程的仿真模拟分析等。因其与成型材料，成型形状，成型方式有直接联系，所涉及到的技术难度大，大多根据大量试验及经验数据进行。
3 钣金模具数字化设计制造技术发展需注意的问题
我国航空钣金模具数字化设计制造技术现阶段所存在的问题在于，技术发展的不成熟，所面向的范围较小，在一些特殊方面仍需不断的学习进取，并对技术不断的进行实践完善。我国部分企业已引进模拟仿真软件并在盒型件拉伸仿真分析中投入应用，找出零件成型的薄弱区域和危险点，能给出成型机床所需的成型参数，特别是用于分析复杂不规则零件的成型。此类软件具有较大优势，减少了大量繁琐的工艺计算，但无法给出模具设计的合理参数和解决途径，解决问题还是靠技术人员的知识储备和经验，通过多次的参数设置来模拟成型，最终找到合理的设计参数，软件本身的人工智能化还有待进一步开发。
复合材料构件成型过程中，模具材料同复合材料间热膨胀系数的不同会影响到复合材料的成型质量。因此，在选择模具材料时应尽量选用热膨胀系数与复合材料相接近的材料。目前，我国航空企业在并行工程应用方面与国外还有很大差距，在复合材料成型模具的设计制造上应用还很少。发展复合材料成型模具的数字化并行工程，在初步确定复合材料构件的三维模型后，设计人员可同时进行构件工艺设计、模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析、仿真模拟及数控机床加工指令编程等，从而实现模具无纸设计制造，进而提高模具生产效率。
在考虑零件材料塑性变形特点、成形质量要求等因素的基础上，依靠模具数字化设计、数字化制造模形、优化的加工工艺参数实现过程成形的精确控制，从而使零件成形后不需加工或少量加工就能满足质量要求。
4 结语
总之，数字化设计制造技术是当今模具设计制造行业发展的一个必然趋势，是制造技术的一项具有时代性发展的变革方向，同时对提高企业高新技术水平竞争力也会产生很大的影响。同时数字化设计的发展也提高了复合材料的质量水平，降低制造成本，对我国航空事业制造也是一项重要的内容。
参考文献：
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[2]刘光伟.航空钣金模具数字化设计制造技术的发展[J].航空制造技术，2015（20）．
[3]王明阳.论航空钣金模具数字化设计制造技术的发展[J].军民两用技术与产品，2016（02）.
论文作者:李汝佳,葛云鹏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/4
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