大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化

.模具制造技术.大型双曲率蒙皮拉伸模高效数控加工技术锁聪沈阳飞机工业（集团）有限公司（辽宁沈阳110034)【摘要】为了提高大型双曲率蒙皮拉伸模的加工效率，设计了 一种优质高效的数控加工工 艺3借助三维CAM 软件，编制数控加工程序，合理排布粗加工、半精加工、精加工的刀具轨 迹，生成数控机床专用NC 代码。

利用几何仿真软件，对NC 代码进行仿真检查，避免撞刀、 过切等意外情况的发生。

最后，对拉伸模进行实际的切削加工，模具工作型面质量良好， 加工精度符合设计图样要求，表明了此加工工艺的可行性，为大型双曲率蒙皮拉伸模的高 效数控加工提供了一种工艺方案。

关键词：拉伸模;双曲率；高效加工;数控加工;仿真检查 中图分类号:TG 659文献标识码：BDOI ： 10.12147/j .cnki . 1671 -3508.2020.06.019Efficient CNC Machining Technology for Large Double-Curvature Skin Drawing Die[A bstract 】 In order to improve the processing efficiency of large double-curvature skin drawingdies , a high-quality and efficient CNC machining process was designed.With the help of 3D CAM software , compile CNC machining programs , reasonably arrange tool paths for roughing , semi-finishing and finishing,and generate NC codes dedicated to CNC machine tools.The geometric simulation software is used to simulate the NC codes to avoid unexpected situations such as collisions and overcuts . Finally , the die is cut , and the quality of the working surface of the die is good , and the machining accuracy meets the requirements of the design drawing , which indicates the possibility of this processing technology and provides a process solution for the efficient numerical control processing of large double-curvature skin drawing dies .Key words ： drawing die ; double curvature ; efficient machining ; CNC machining ; simulation checkl 引言蒙皮是构成飞机理论外形的外层零件，随着各类 飞机的不断更新换代，蒙皮零件的设计也朝着一体 化、大型化的趋势发展，大型民用飞机的蒙皮外廓尺 寸已可达到10米以上。

飞机整流罩前段蒙皮成形改进摘要：蒙皮零件是构成飞机气动外形的薄板件和内部结构框架的包覆件, 其加工成形质量对飞机的外观和气动性能有较大的影响。

本文针对复杂蒙皮成形中出现的质量缺陷，通过对零件成形工艺方案进行探讨，从零件成形方案、成形设备、成形工装、受力特点、成形参数等方面分析，并结合实际加工情况制定了优化方案和改进措施。

经过优化，采用落压成形-拉伸成形组合的工艺方案进行生产，获得了优质零件，解决了该复杂蒙皮零件成形中废品率高、表面质量差等问题。

关键词：整流罩；飞机蒙皮；组合成形1、研究背景蒙皮零件是构成飞机气动外形的薄板件和内部结构框架的包覆件,其中外蒙皮零件覆盖在飞机外表面,在飞机飞行过程中直接与气流接触产生摩擦, 其加工质量对飞机的外观和气动性能有较大影响。

目前蒙皮零件主要加工方法有充液成形、滚弯成形、落压成形和蒙皮拉伸成形等，各种加工方法成本、精度差异大，零件质量也有所不同。

本文以某机型整流罩蒙皮为例，探索复杂蒙皮零件的制造方法。

该零件为飞机整流罩前段蒙皮，典型双曲率结构，零件长度超过1300mm,内部含2处椭圆孔和1—Φ6 “K”孔。

其中椭圆孔用于安装可拆卸口盖，“K”孔则用于零件在装配型架上定位。

此零件采用落压方式成形，工艺加工流程为：下料—落压成形—淬火—修整—钻孔—切割外形—时效—表面处理。

工装采用落压模，铅锌合金制造，下模按数据集设计和制造，采用凸式结构。

依据检验要求，零件需满足外形极限偏差±0.5mm,“K”孔孔径极限偏差偏差+0.048mm, 孔位置偏移极限偏差0.1mm, 零件与工装贴合间隙不大于0.5mm。

零件结构见图1。

`图1 零件结构图2、零件问题分析2.1、零件制造存在问题零件生产的核心工序为落压成形以及校正，成形过程中出现零件裂纹、型面不贴合、表面质量差等问题，具体为：（1）零件外形局部变形过大,成形容易压裂，报废率超过80%；（2）零件表面出现多处凸凹不平，分布于零件所有位置，影响外观质量；（3）零件弯曲部分出现压痕和多处划伤；（4）椭圆形孔尺寸超差、因外形不准确导致φ6K孔位置偏移；2.2、原因分析造成上述问题的根本原因分析如下：（1）零件型面急剧变化，造成成形困难，部分型面未满足设计要求且易压裂；（2）工装间隙不均匀，局部挤压严重造成压痕和多处划伤；（3）局部位置靠落压模无法成形，成形过程中大量采用手工修整，零件出现表面凸凹不平现象；（4）不规则椭圆形按工装边缘线手工制出，位置以及外边缘存在偏差，零件整体外边缘亦如此。

飞机铝合金大型钣金件精确成形工艺研究对于飞机铝合金大型钣金件成形而言，不仅仅有着较差的刚性，同时也有着较大的制造难度，在零件结构的分析中，更是联系装配要求，将四周拐角角度增大，并将补加条带长度减少，实现了零件外形结构的优化，而双动拉深优越性的体现，结合双动拉深成形方法，对合理的制造流程确定，并产生零件热处理变形的基础措施，将零件成形的准确度综合提高。

文章通过结合有限元数值模拟，并实现了展开毛坯外形尺寸的优化，对合理的工装结构确定，将零件精确成型的要求达到。

标签：飞机铝合金；大型钣金件；精确成形；工艺引言21世纪的今天，我国航空事业逐渐呈现规模化的发展，同时也有着多种学科以及多种领域知识的涉及，相对而言有着较多的层面，是一项相对复杂的系统性工程，并对质量有着较高的等级要求。

飞机铝合金大型钣金件的成形制造中，往往需要有着精准的要求，这种常见的部件，有着越来越困难的成形，飞机中对铝合金的采用，往往有着不同形态的零件结构，并在退火状态以及新淬火状态中实现的精确成形。

为了更好的实现飞机铝合金大型钣金件精确成形加工，因此文章结合实验验证进行工艺研究有一定的现实意义。

1 零件和零件结构的优化1.1 零件对于前舱门而言，主要是结合纵横向隔板进行组装，加强的同时借助于盆形加强口框的方式。

前舱门上部铰链，往往和货舱门框直接的相连。

关于装配结构，口框零件装配的时候，往往和前舱门门框有着较为紧密的联系，并将零件型面的加工精度不断增加。

对于材料的牌号而言，为20240，零件外形的尺寸，规格是1419mm×1351mm，对于零件内开口尺寸的规格而言，主要是1270mm×1346mm。

前舱门在口框零件的加强时，主要是结合环状封闭框形的结构，和机身外形产生光滑的流线。

1.2 优化零件结构零件结构的優化中，就要做好工艺的准备过程。

通过分析零件初始结构设计的不合理处，并使得四周拐角角度呈现出88°。

零件有着收口状的结构，这种设计往往有着较为艰难的拿取过程。

双曲度大尺寸机身蒙皮零件拉伸成形工艺研究摘要：金属板材成形回弹现象是影响蒙皮零件成形精度的重要因素之一，对回弹变形提前预测能有效控制回弹缺陷的产生。

近年来随着计算机仿真模拟应用的发展，在拉伸成形零件的成形回弹预测中，回弹数值模拟技术的运用成为一种重要且有效的分析手段。

关键词：拉伸；回弹；模拟1 引言飞机外表面蒙皮外形多为单向双曲度型面，通常采用拉伸成形。

但某大尺寸飞机的机身蒙皮，由于机身后部急剧拉高、机身底部与起落架舱交汇、顶部与机翼交汇等原因，造成部分蒙皮曲度变化较复杂，外形存在异向双曲情况，即纵向曲度与横向曲度相反。

此类曲度方向相异的蒙皮在采用拉伸成形的工艺方法进行加工时，需对成形工装的外形、成形过程中回弹等方面进行工艺分析[2]。

2 正文本文选用大尺寸飞机机身下部一块异向双曲蒙皮作为典型试验案例，此类蒙皮零件生产中采用：拉伸—包覆—拉伸的成形方式。

蒙皮成形工装采用铝合金铸造基体，型面选取可加工塑料涂敷后用数控设备加工到最终控制尺寸。

一般的同向双曲蒙皮采用型面为凸面的工装拉伸成形，通过对异向双曲蒙皮进行变形模拟受力分析，此类零件采用凹模拉形时，从等效应力分布云图上看，在零件范围内的应力布较均匀，回弹量较小，更有利于获取合格零件。

为达到的良好成形效果，异向双曲蒙皮工装结构外形，采用视觉显示为凹模的工装型面。

图1 凹模工装图2 等效应力分布云图传统回弹的模拟有两种基本方法，无模法和有模法。

无模法理论认为零件回弹主要属于弹性问题,可以通过将等效节点力反向加载计算出回弹的最终结果。

该方法采用全量法有限元理论进行求解。

采用有模法进行仿真时,为了精确模拟零件的非线性卸载过程,必须基于增量型有限元理论采用逐步迭代求解,由于涉及细微增量步和接触摩擦非线性迭代过程,导致计算效率非常低下。

许多计算表明,这两种方法用来分析回弹问题得到的计算结果几乎是完全一样的。

此蒙皮零件的成形过程为弹塑性变形，受材料回弹影响，零件最终成形后型面实际外形与工装型面存在一定差异。

飞机金属复杂曲面蒙皮的优化修理方法发布时间：2021-07-16T03:37:31.501Z 来源：《中国科技人才》2021年第11期作者：龚江[导读] 民用航空飞机在运行和维护过程中，一些气动前缘蒙皮经常会遭受外物冲击，例如：发动机进气道唇口蒙皮经常遭遇鸟、石子撞击造成凹坑、机翼缝翼蒙皮经常遭遇梯子、鸟撞击形成凹坑或者破损、而一些运行车辆由于操作失误也容易撞击到飞机外表气动表面而形成损伤，而这些损伤如果按照结构修理手册超出飞机放行标准的，必须马上进行修理。

东航技术公司一、背景介绍：民用航空飞机在运行和维护过程中，一些气动前缘蒙皮经常会遭受外物冲击，例如：发动机进气道唇口蒙皮经常遭遇鸟、石子撞击造成凹坑、机翼缝翼蒙皮经常遭遇梯子、鸟撞击形成凹坑或者破损、而一些运行车辆由于操作失误也容易撞击到飞机外表气动表面而形成损伤，而这些损伤如果按照结构修理手册超出飞机放行标准的，必须马上进行修理。

但是这些气动金属表面多为复杂的双曲面甚至多曲面轮廓，对这些区域进行修理时需要人工制作这些复杂曲面。

在这些修理中，经常碰到的是以下问题：1、曲面制作难度大，人工制作出来的曲面贴合度无法保证，造成装配时精度不够，存在使用紧固件强行装配，在构件中遗留残余应力的情况，有时甚至有返工的情况发生。

2、由于需要热处理，曲面制作时间很长，7075-T0至7075-T6需要24小时；2219-T0至2219-T62需要40小时；2024-T0至2024-T42需要96小时；这致使修理的时间比较长。

3.有些修理可以使用原厂蒙皮进行加强修理，但是航材价格及其昂贵。

如波音737的缝翼蒙皮，波音777的发动机村口蒙皮下面这些措施就针对以上问题进行优化，使相应的修理提高质量，节省时间和修理成本。

二、优化修理：1.通过逆向工程软件，扫描提取高精度的蒙皮轮廓数据，建立数学模型。

2.通过3D打印技术，用高分子材料打印制作高精度的阴阳模具，阴阳模具的参数需要考虑修理补片的材料厚度。

大型飞机机身双曲度蒙皮纵向拉伸成形加载优化设计与试验研究文松涛;曾斌;汪洋华;彭静文;李卫东;罗华【摘要】目的：针对 C919大型客机机身双曲度蒙皮进行纵向拉形的加载轨迹优化与试验研究。

方法应用蒙皮拉形工艺设计制造软件，采用优化设计的方法，对机身典型蒙皮零件进行纵向拉形加载轨迹设计；进行拉形过程的有限元仿真，判断设计的加载轨迹是否满足成形要求，将优化后的加载轨迹应用于实际零件成形；进行实际零件拉形试验，对毛料伸长与局部应变进行测量，与有限元仿真进行对比，验证有限元仿真的准确性。

结果实际零件的毛料伸长与轨迹设计和有限元模拟的伸长量十分接近；将优化设计后的加载轨迹应用于实际零件的成形，获得了满足零件交付要求的蒙皮零件。

结论通过加载优化设计与试验，验证了有限元模拟有较好的精度；通过加载轨迹优化与有限元模拟结合的拉形工艺设计方法，可以用于零件的实际生产。

%Objective To study the optimization design method and production experiment on the longitude stretch forming loading path for double-curved fuselage skin of large aircraft. Methods Appling the optimal design method, The loading path of longitude stretch forming for double-curved fuselage skin of large aircraft has been optimized with XSTR Stretch software. The stretch process is simulated with FEM to evaluate the designed loading path. The optimized loading path has applied di-rectly for the actual part forming. The elongation and local strain of the blank is measured after the actual part stretch forming test and measurements compare with the FEM simulation to verify the accuracy of FEM. Results The elongation of actual forming part and FEM simulation is proximity andacceptable. The fuselage skin which meets the delivery requirement has been obtained after applying the optimized loading path. Conclusion The accuracy of FEM is verified by the lading path de-sign and actual part forming tests. The design method combined with optimized method and FEM simulation is capable for ap-plying to actual part fabrication.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】6页(P88-93)【关键词】大型飞机;机身蒙皮;拉伸成形;加载轨迹【作者】文松涛;曾斌;汪洋华;彭静文;李卫东;罗华【作者单位】江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌 330024;江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌 330024;江西洪都航空工业集团有限责任公司，南昌 330024;北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191【正文语种】中文【中图分类】TG316.1+2蒙皮零件是构成和维持飞机气动外形的外表零件。

双曲度镜面蒙皮的成形工艺
双曲度镜面蒙皮的成形工艺：
1. 准备工作：
（1）准备塑料薄膜：需要准备足够的塑料薄膜，使用优质薄膜材料，纹路越均匀表面平整越美观；
（2）热模型预处理：在应用热型蒙皮技术之前，要对模型表面抛光和预处理，以降低蒙皮后模型表面变形程度；
2. 成形工艺：
（1）首先，要将热模型放在准备好的塑料薄膜上；
（2）然后，加热塑料薄膜，并用有节奏的合拢的动作越来越合拢，使薄膜牢牢的贴合到模具上；
（3）接下来，采用双曲度镜面工艺，控制薄膜与模型表面距离，真空吸附蒙皮，熔合连接四周边缘；
（4）最后，把已熔接四周边缘的模型放入冰水，以快速完成成形。

3. 成形后的处理：
（1）首先，对成型物表面进行抛光，以消除表面不良接合现象；（2）然后，沿着表面划出线，开起排气管道；
（3）最后，在已蒙皮表面喷漆，组装部件，制作出最终的成品。

一文看透飞机蒙皮成形术蒙皮是飞机的重要组成部分，它就像飞机的“皮肤”一样，属于飞机的外形零件。

早期的低速飞机蒙皮是布质的，机身都是用木质结构。

而如今飞机结构上使用最多的是铝合金蒙皮，不过，在未来复合材料将成为飞机蒙皮材料的首选。

早期布质蒙皮飞机现代的全金属飞机波音787飞机采用的复合材料蒙皮蒙皮零件占有色金属钣金件的5%左右。

由于表面直接与气流接触，要求表面光滑、无划伤。

大多的蒙皮机构尺寸大，相对厚度小，刚性差，外形要求准确。

随着飞行速度与载重量的增加，蒙皮的尺寸与厚度也不断加大。

蒙皮需要像皮肤般顺滑按照外形特点，蒙皮可分为单曲度蒙皮、双曲度蒙皮和复杂形状蒙皮3种类型。

单曲度蒙皮：这类零件只在一个方向上有曲度，形状较简单，在飞机的机翼、机身等剖面段上应用较多。

变形属于单纯的弯曲，一般采用压弯和滚弯方法成形。

单曲度蒙皮双曲度蒙皮：这类零件在两个方向上都有曲度。

机身的大部分零件、进气道等都属于双曲度蒙皮。

双曲度蒙皮主要成形方法是拉形。

双曲度蒙皮复杂形状蒙皮：形状不规则，如翼尖、整流包皮、机头罩等。

这类零件多采用落压方法成形。

飞机上复杂形状的蒙皮既然谈到了成形方法，那就介绍下蒙皮成形的工艺方法。

压弯成形压弯成形是在闸压机床上对板材进行弯曲的一种方法，机床附有通用或专用的模具，利用凸凹模将板材逐段弯曲，适合成形单曲度蒙皮和尾翼前缘蒙皮。

压弯成形由上下模组成，上模下行与下模相互作用即可成形。

压弯成形示意图以V形件的压弯为例，简要说明下板料压弯时的变形过程。

板料压弯变形过程（1）自由弯曲阶段。

板料开始弯曲时，板料与上、下模具为三点接触，随着上模的压下，板料弯曲半径不断减小。

（2）接触弯曲阶段。

随着上模的不断压力，板料的弯曲变形程度加大，其弯曲半径和弯曲力臂也在不断减小，直到板料与下模完全接触。

（3）矫正弯曲阶段。

上模继续压下，板料的弯曲程度变大，此时板料和上模为三点接触，与下模是两点接触，其弯曲角度小于下模角度，这是板料由接触弯曲阶段向矫正弯曲过渡的阶段。