項(xiàng)目申報(bào)材料蒙拉立項(xiàng)依據(jù)

1、立項(xiàng)依據(jù)蒙皮零件是構(gòu)成和維持飛機(jī)氣動(dòng)外形的關(guān)鍵零件。蒙皮零件的制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響著飛機(jī)的氣動(dòng)性能和使用壽命，是影響飛機(jī)制造周期、成本和效益的主要因素之一。在新一代戰(zhàn)機(jī)中，蒙皮仍為飛機(jī)表面鈑金零件的主體，民機(jī)的蒙皮零件比重更高。目前國(guó)內(nèi)各大航空主機(jī)廠承擔(dān)著大量的國(guó)外民機(jī)轉(zhuǎn)包蒙皮零件生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)我國(guó)已開(kāi)始自主研制大型客機(jī)，因此深入研究和發(fā)展先進(jìn)的蒙皮制造技術(shù)對(duì)于我國(guó)航空制造業(yè)具有十分重要的意義。新一代飛機(jī)為了滿足高性能的要求，在結(jié)構(gòu)、材料以及壽命等方面提出了新的需求：在結(jié)構(gòu)方面，出現(xiàn)了大型的S形和馬鞍型以及彎扭前緣蒙皮、進(jìn)氣道蒙皮等復(fù)雜形狀的蒙皮，厚板蒙皮數(shù)量也明顯增加，對(duì)壁厚的精度要求

2、更高，大型鏡面蒙皮在民機(jī)上廣泛應(yīng)用；在材料方面，高強(qiáng)鋁合金蒙皮和鈦合金蒙皮明顯增多，如正在研制的C919大型客機(jī)采用一定數(shù)量的鋁鋰合金和鈦合金蒙皮；在飛機(jī)壽命要求方面，不允許對(duì)蒙皮零件進(jìn)行敲修和強(qiáng)迫裝配，不允許出現(xiàn)局部過(guò)度變薄、粗晶和滑移線等缺陷，外形和協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度要求提高。這些都為蒙皮制造提出了諸多的技術(shù)難點(diǎn)，成為制約新機(jī)研制和生產(chǎn)的主要瓶頸之一。拉伸成形（簡(jiǎn)稱拉形）是板料成形的典型工藝之一，主要通過(guò)拉形模和夾鉗的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)板料施加拉力和彎矩，使板料與拉形模貼合面逐漸擴(kuò)展，并最終完全貼合的成形方法。根據(jù)成形零件的外形，有橫向拉形（transverse stretching forming，簡(jiǎn)

3、稱橫拉）和縱向拉形（longitudinal stretching forming，簡(jiǎn)稱縱拉）兩種成形方式。拉形工藝適合于制造表面積大、曲度變化緩和、外形要求準(zhǔn)確、表面流線光滑、生產(chǎn)批量較小的鈑金零件，是飛機(jī)蒙皮類零件的主要制造方法。近年來(lái)國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)普遍引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控拉伸成形機(jī)，如法國(guó)Alsthom-ACB的FET600、FET1200和FEL2x350，原美國(guó)Cyril-Bath公司（現(xiàn)并入Alsthom-ACB集團(tuán)）的VTL400、VTL1000和美國(guó)L&F公司的STC400等多種型號(hào)。先進(jìn)數(shù)控拉形機(jī)的引進(jìn)為提高蒙皮制造水平以及改善產(chǎn)品質(zhì)量奠定了良好的硬件環(huán)境，但缺乏配套的工藝參數(shù)設(shè)

4、計(jì)和優(yōu)化比較解決方案，目前各大航空主機(jī)廠仍然采用傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)分析和試驗(yàn)為主的飛機(jī)蒙皮成形方法，即一般是通過(guò)反復(fù)試?yán)笾麓_定工藝程序及參數(shù)，靠人工控制或僅利用數(shù)控拉形設(shè)備的示教功能確定最后的生產(chǎn)工藝方案。對(duì)某些復(fù)雜蒙皮，需要經(jīng)過(guò)多次的拉形試驗(yàn)才能得到較好的數(shù)控代碼，材料和人工的浪費(fèi)非常大。這使得數(shù)控拉形設(shè)備對(duì)變形的精確控制功能未能發(fā)揮，難以滿足新型飛機(jī)蒙皮零件的生產(chǎn)要求，同時(shí)也嚴(yán)重制約了我國(guó)飛機(jī)制造總體水平的提高。蒙皮拉形具有圍轉(zhuǎn)成形的工藝特點(diǎn)，拉形機(jī)夾鉗相對(duì)拉形模的運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)于蒙皮拉形質(zhì)量有著直接的影響。拉形過(guò)程中拉形軌跡不好，可能引起成形缺陷出現(xiàn)和貼模度不良等問(wèn)題。拉伸量過(guò)大或不均會(huì)引起破裂

5、、起皺、滑移線和桔皮(備注：是那種缺陷？)等等問(wèn)題，如當(dāng)拉伸變形量達(dá)到一定數(shù)值，材料表面極易出現(xiàn)“滑移線”，這在優(yōu)質(zhì)硬料鋁板上特別明顯，嚴(yán)重影響蒙皮的外觀質(zhì)量和抗疲勞性能；拉伸量不夠可能引起回彈量大等問(wèn)題。因此，通過(guò)控制拉伸量和選用合理的加載軌跡可以減少甚至避免這些缺陷的出現(xiàn)。對(duì)一些硬料鋁合金板和鈦合金板的蒙皮，變形量的控制范圍較小，要求的精確度很高，加載軌跡設(shè)計(jì)比較困難。因此，拉形加載軌跡成為蒙皮拉形的主要工藝參數(shù)。一些研究人員利用有限元方法對(duì)飛機(jī)蒙皮拉形過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化，通過(guò)反復(fù)模擬試驗(yàn)獲得較好的加載軌跡。國(guó)內(nèi)外對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉形的研究還未形成完整的應(yīng)用技術(shù)體系，很多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題尚未得到有

6、效的解決。目前存在的主要問(wèn)題有：加載軌跡設(shè)計(jì)一直是拉形工藝應(yīng)用的技術(shù)關(guān)鍵，現(xiàn)有的研究都只是針對(duì)特別的零件，目前為止未見(jiàn)成熟的、通用的拉形軌跡設(shè)計(jì)方法和軟件系統(tǒng)發(fā)表。一般的拉形機(jī)都是復(fù)雜的串、并聯(lián)空間機(jī)構(gòu)，因此對(duì)數(shù)控拉形機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析和求解是關(guān)鍵。蒙皮拉形的有限元模擬涉及空間軌跡的位移邊界條件處理，因此必須結(jié)合設(shè)備進(jìn)行前置處理，才能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的模擬。加載軌跡是夾鉗的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，單個(gè)夾鉗的6個(gè)自由度不是獨(dú)立的，不能作為設(shè)計(jì)變量，所以必須采用某種方法定義合理的設(shè)計(jì)變量，實(shí)現(xiàn)加載軌跡參數(shù)優(yōu)化。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入并逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的蒙皮零件工藝分析。數(shù)字化成形技術(shù)是當(dāng)今先進(jìn)成形技術(shù)的核心技術(shù)，而飛

7、機(jī)鈑金成形的數(shù)字化是整個(gè)飛機(jī)數(shù)字化集成制造的薄弱環(huán)節(jié)。在先進(jìn)的數(shù)控拉形設(shè)備基礎(chǔ)上，基于蒙皮拉形數(shù)字模型，采用變形量控制方法設(shè)計(jì)工藝參數(shù)，使用有限元數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)拉形的過(guò)程進(jìn)行“虛擬試?yán)?，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的成形缺陷，通過(guò)優(yōu)化比較獲得較優(yōu)的生產(chǎn)工藝方案，實(shí)現(xiàn)蒙皮拉形的科學(xué)化、數(shù)字化和可控化，使蒙皮拉形的生產(chǎn)方式從“經(jīng)驗(yàn)型”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱茖W(xué)型”，推動(dòng)我國(guó)蒙皮制造的數(shù)字化水平，是當(dāng)前航空制造領(lǐng)域提高蒙皮零件制造水平和改善零件質(zhì)量的重要方向。綜觀國(guó)內(nèi)外有關(guān)蒙皮拉形的研究成果，目前還沒(méi)有成熟可靠的數(shù)字化拉形分析系統(tǒng)。因此，基于數(shù)控拉形機(jī)，研究蒙皮數(shù)字化拉形技術(shù)，開(kāi)發(fā)實(shí)用的數(shù)字化蒙皮拉形系統(tǒng)，用于輔助完成飛機(jī)蒙皮拉形工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，包括初始夾持定義，加載軌跡設(shè)計(jì)和優(yōu)化處理、設(shè)備控制代碼生成、與商業(yè)有限元數(shù)值模擬軟