鲁达 作者简介：唐云洪，主要从事飞机钣金零件的成形、工艺方案优化、数控冲切程序编制，蒙皮五坐标铣切编程，钣金零件测量等工作。
飞机金属零件在生产制造的过程中，其加工工艺主要分为钣金加工和机械加工。与机械加工的零件相比，钣金零件拥有高强度、易于加工及轻质量等优势，所以在现代飞机金属零件生产过程中得到了非常广泛的运用。
在飞机钣金零件中，钣金小零件项目多，数量大，精度要求高，材料种类多，不同的下料方式对零件的成形都会产生一定的影响。钣金小零件典型特征为零件尺寸小于300mm×300mm，厚度从0.5～3mm不等，零件弯边或腹板面有较多导孔，需要与机加零件进行装配，孔位和表面质量要求较高。本文主要对此类零件的下料方式进行探讨。
传统下料及成形方式
传统钣金小零件的下料方式有下条料和复合冲模落料两种。图1所示的汇流条类零件，一般采用利用复合冲模落料的方式进行零件下料。但是设计蓝图要求耳片底角为直角，落料后耳片底角至少有R2的圆滑过渡，无法达到直角状态；而零件接受单位的橡胶压模是机加铣切型面，均能达到图纸要求直角状态。汇流条最终要与零件接受单位橡胶压模配合压胶，因此配合过程中，汇流条耳片底角R区会与橡胶压模直角区干涉，压胶不合格时，由零件接受单位退回零件厂，借用零件接受单位橡胶压模进行人工二次修配，仍旧未解决该零件返工问题。该类型零件生产20多年来，一直采用加工中借用零件接受单位包胶工装进行人工二次修配的方式进行生产，效率低下，零件生产周期长。
图1 平板类与成形类汇流条
图2所示的钣金角片类零件，传统工艺方法常常采用下条料的方式进行下料。通过剪板机和工艺给定的零件毛料尺寸，将来料进行剪切，再根据零件的展开样板进行修剪，得到零件的展开外形。然后通过零件的成形工装，完成零件成形。在零件成形完成之后，工人再根据零件的外形样板或者钻模板利用台钻对零件进行钻孔，最终完成零件的交付。该工艺方案不仅需要较多的工装，耗费时间，占据极大的零件成本，还容易由于工人的操作失误，造成零件的报废。
图2 角片类零件
数字化探索试验
数字化下料是指利用数控铣床或冲床对毛料板材进行裁剪或切割的方法，目前在飞机的板框类零件和汽车的大部分零件上使用比较多。在飞机钣金数字化下料中，主要存在零件展开不够准确，下料不够精确等问题。对于无法精确下料的问题，主要就是精确的二维图纸难以得到。但我们基于数字化、柔性化制造的理念，经过反复在数控铣床和数控冲床上加工试验，终于获得了一些结果。
精确二维图获取
根据钣金零件材料较薄较软的特性，利用传统方式下料成形零件后，通过橡皮逆向还原零件的展开外形，再通过钣金零件扫描机对还原的展开外形进行扫描，从而得到较为精准的二维CAD图纸。
可以直接利用CATIA钣金模块中的展开方式得到相对精准的二维CAD图纸，图3所示为数字化三维数模零件及展开图。通过对两种方式获取的二维图纸进行下料试验，对比结果见表1。
图3 数字化三维数模零件及展开图
表1 两种二维图获取方式对照结果
试验验证
对以上两种不同方式获取的二维图纸，分别采用数控冲床（图4）和数控铣床（图5）进行下料试验。由于获取的零件展开二维图纸都比较准确，所以零件上的孔也在下料时就利用机床冲出来，既节省了人工加工时间，又减少了人工钻孔失误造成的零件报废。
图4 数控冲床
图5 数控铣床
通过对两种机床下料的时间进行对比，发现小钣金零件由于项目多，数量大，零件外形尺寸较小，轮廓周长长，同样种类和数量的钣金零件，利用铣床下料的方式占用机床的时间比数控冲切的时间更多。所以数控冲床比数控铣床更适合小钣金零件的下料。
四种下料方式比较
对同一类型的钣金小零件采用不同的方式进行下料，并对其进行分析和比较，表2为四种不同下料方式下的对照结果。
表2 四种不同下料方式下的对照结果
基于这个结果，我们最后提出利用数控转塔冲床进行飞机钣金小零件的柔性化下料工艺。改进后的钣金小零件加工工艺方案为：二维下料图形获取→冲切程序编制→冲切下料→成形/修外形→表面处理→包装交付。
利用数控转塔冲床进行钣金小零件（图6）的下料，不再需要专用工装，实现了钣金小零件的数控柔性化下料，具有生产响应快，适应性强，所加工零件精度高，人工修锉量小等特点。实际生产表明改进后的下料工艺缩短了零件生产周期，提高了零件表面质量。
图6 数控冲切下料的钣金小零件
结束语
通过对传统下料工艺方法的改进，利用数字化、柔性化加工方式之后，不仅减少了工装成本的投入，还保证了产品的一致性和质量，在减少了人力成本的同时，还提升了生产效率，缩短了零件生产周期。新工艺的采用，降低了工人劳动强度，改善了工作环境，使员工工作积极性得以提高 ，这将是每个公司未来可持续发展的基础与动力源泉。
——摘自《钣金与制作》 2019年第4期
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