大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化
大型双曲率蒙皮拉伸模高效数控加工技术
.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。
飞机超薄铝合金钣金零件成形技术
成形加工时，如果其变形量相对较大，材
钣金加工对设备的依赖性较强，新工 能减少人为搬运，进而有效降低钣金零件
料的受压缩部位就会出现不稳定的情况 艺、新技术的应用必须以先进的加工设备 上出现折痕等问题，以免钣金零件的质量
而导致出现起皱现象，甚至使材料出现断 作为依托，如钣金成形机、数控蒙皮拉伸 受到影响。
在环境状态不变的情况下，所使用的材料 行变形量的调整与消除，并且所应用的材 搬运过程中，稍不注意就会使材料或零件
厚度越小，其晶体内部晶格之间的滑动面 料厚度越小，其所产生的变形也会更加严 产生 " 马蹄印 " 的折痕。从领料到零件交
也会相应减少，此时材料将不会出现较大 重，且变形的消除将会更加困难。
材料具有较高的可成形特性。金属材料内 象的发生。在成形加工过程中，可以对操 提高，从而最大限度地减小了材料在成形
部晶体的晶格出现滑动会导致金属材料 作技术进行严格的规范与控制，如果出现 过程中因刚性不足和残余应力的变化而
出现塑性变形，如果晶格之间的滑动面较 轻微变形，可在后续加工中对零件的变形 引起的非变形区域的变形。
形的几率也会相应提升，这是导致冷加工 技术方面的创新和进步将受到严重制约， 题，进而提高超薄铝合金钣金零件的成形
出现变形的主要因素之一。在出现变形之 加工能力也将受到严重影响。
质量，以便于在保证飞机整体制造质量的
前，板材中所残留的残余应力大小是一致
2.降低热处理变形问题的发生率。 前提下，应用大量超薄铝合金钣金零件而
（作者单位：哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 ）
是采用冶炼的方式制备而成，因此材料内 使用的设备较为陈旧或设备老化严重，设 并在加工前先进行材料的预拉伸处理，同
部会存在一定的残余应力，如其所含有的 备的性能和精度已减弱到了极限。如果不 时还应设计与应用叉车及搬运箱架系统，
飞机整流罩前段蒙皮成形改进
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。
大型双曲度蒙皮精确成形与数字化制造
使用已经确定 的工艺参数和拉伸程序 ， 那拉伸
毛料在拉 伸 成 形 中 的成 形 状 态 是 不 同 的 。要 实现优化后的拉伸成形工艺参数和程序重复
再现使用 ， 还存在以下特殊问题 ： ① 由于蒙皮 零件 存在 变 化复 杂 的双 曲度 外形等因素 ， 使拉伸 毛料不能向其它板料成形 那样预先确定准确的展开外形 ， 就不能使用展 开外形上的孔或外形边定位来基本保证零件 成形状态的一致性 ， 而只有通过估算 的方法确 定 拉 伸毛料 的几 何尺 寸 ， 完成 蒙皮最 终形 状 的 拉伸成形后 ， 再修切出最终外形。蒙皮零件展 开形状的不确定 ， 以及拉伸毛料与工装存在相 贴合的成形区和悬空部分的传力区， 导致拉伸 毛料在 工装 和机 床钳 口上 的定 位不确 定 ， 影 是 响优化后 的工艺参数和拉伸程序重复再现使 用 的原 因之 一 。 ② 蒙皮拉伸成形工装在数控拉伸设备中
皮零件拉伸工艺参数和拉伸程序的优化设计，
拉 伸成 形 工装 自动 定位 、 伸 毛料 自动传送 和 拉 装夹， 以及 蒙皮零件 外形数 字化 立体切 割和 在 线检 测 ， 用 蒙皮 零 件 Ｃ Ｄ Ｃ Ｅ Ｃ Ｍ 的数 应 Ａ ／Ａ ／Ａ 字化 制造 环境 ， 实现 大型双 曲度 蒙皮零件 数 字 化 精确 成 形 的技 术 解 决途 径和 需 要 突破 的 关
飞机铝合金大型钣金件精确成形工艺研究
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
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
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
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
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
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。
铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发
精 密 成 形 工 程第16卷 第3期 52JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年3月收稿日期：2024-01-12 Received ：2024-01-12基金项目：国家重点研发计划（2023YFB3407000）；湖北省重点研发计划（2022BAA024）Fund ：National Key R&D Plan of China (2023YFB3407000); Hubei Province Key R&D Program (2022BAA024)引文格式：时恬, 黄亮, 谢冰鑫, 等. 铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3): 52-61.SHI Tian, HUANG Liang, XIE Bingxin, et al. Design and Development of Electromagnetic Progressive Assisted Stretching Forming Process for Aluminum Alloy Double Curvature Thin-walled Parts[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3): 52-61.*通信作者（Corresponding author ） 铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助 拉伸成形工艺方案设计与开发时恬1，黄亮1*，谢冰鑫1，孙怡然1，唐天宇1，周巍1，刘昊1，苏红亮2（1.华中科技大学 材料科学与工程学院 材料成形与模具技术全国重点实验室，武汉 430074；2.成都飞机工业（集团）有限责任公司，成都 610073） 摘要：目的 针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题，提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。
航空用铝合金蒙皮拉伸工艺研究
航空用铝合金蒙皮拉伸工艺研究发布时间：2022-11-23T03:17:59.374Z 来源：《中国科技信息》2022年第15期作者：郭晓琳焦宇[导读] 技术装备是第一个制造的，机翼蒙皮模具是制造飞机所需的技术装备，质量和精度对飞机产品产生了巨大影响。
郭晓琳焦宇中航西安飞机工业集团股份有限公司，陕西西安 710089摘要：技术装备是第一个制造的，机翼蒙皮模具是制造飞机所需的技术装备，质量和精度对飞机产品产生了巨大影响。
数字控制技术的快速发展，以刺激飞机部件的快速发展，成为飞机制造的基本工具、设计和生产周期、精度和寿命，越来越成为开发新产品的决定性因素。
根据技术和思维的限制传统的模具机翼没有标准，设计师更倾向于使用经验丰富的设计方法。
这种数字管理方法基于技术专家的经验和多次试验，是数字管理技术发展、细节改进开发和快速成批生产的严重障碍。
关键词:航空；铝合金；蒙皮拉伸工艺；传统的拉伸主要取决于工人的经验和多次拉伸尝试等。
这种方法需要熟练和高效的工作，可以导致严重的晶体缺陷、破裂和其他导致细节的缺陷。
然而，大型蒙皮部件，高成本通常不允许回收。
与此同时特别是工人的经验有限经常使用多种形式，如多次拉伸和多次退火，增加细节的生产时间，不利于快速交付。
一、传统蒙皮拉伸模具工艺设计制造问题1.技术设计过程没有标准规则。
传统的机翼拖拽过程，拉模具，没有标准的排斥，过度依赖经验。
同样的产品，不同的技术人员选择不同的技术解决方案，同时缺乏可靠的变形控制策略和计算优化切片的参数，必然会增加生产成本和使用风险。
在西方从事制成品生产的年轻技术人员中，超过80%无法满足生产要求因为他们有大量的生产、大量的生产和紧急情况。
只有通过几何压力分析来确定类似的组细节在完成功能分析和义务分析后，提供典型的标准化模块;充分考虑工业使用、生产率和可靠性要求模块化设计、有机质量功能配置、更新可以使技术在简单、可靠、高效、节省成本;另一方面，有效的生产和供应，提高企业快速发展和发展产品的能力。
飞机复杂蒙皮拉形工艺参数优化设计
ＨＡＮ Ｊｉｎ－ｑｕａｎ ＷＡＮ Ｍｉｎ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ
Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１ Ｃｈｉｎａ）
ＣＨＥＮ Ｘｕｅ－ｍｅｉ ＹＵＡＮ Ｓｈｅｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００９２ Ｃｈｉｎａ）
（３）
式中ｓ－，＆——板料局部的面内第一主应变和第
二主应变
￡“，——起皱极限曲线上对应￡。的点的第一
主应变
２．３约束条件 该零件在拉形过程中需要上压模具使毛料贴模。
在上压模具压紧之前，需要毛料有一定的塑性变形 量，以确保拉形过程中处于比较好的应力应变状态。
实际生产中，加上压之前的塑性变形量一般不小于
ｍａｉｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｓｔｒｅｔｃｈ ｆｏｒｍｉｎｇ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ
ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ
ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｆｏｕｎｄ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｍｕｌｔｉ－ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｗａｓ
第６期
韩金全等：飞机复杂蒙皮拉形工艺参数优化设计
９７
拟的零件弯曲工艺进行优化，得到了使冲压载荷最 小的工艺参数组合。在这些研究中，都采用了有限 元方法模拟实际的成形过程，从而快捷经济的得到 相关数据。以这些数据为基础，采用合理的优化方 法，就呵以对成形中的工艺参数进行优化，从而使 特定的描述成形质量的指标达到最优值。
飞机蒙皮包覆拉伸成形加载轨迹设计优化方法
飞机蒙皮包覆拉伸成形加载轨迹设计优化方法
数值模拟技术和飞行力学建模技术是飞机蒙皮包覆拉伸成形加载轨迹设计优化的主要手段。
1. 对有限元模型进行建模，并确定拉伸成形的负载曲线。
使用有限元分析软件计算蒙皮材料在拉伸成形过程中的反力，并将其转换为拉伸速度和拉伸力矢量。
2. 根据飞行力学及相应载荷要求，计算拉力矢量的实际轨迹。
运用科学的力学建模技术，对拉伸过程的拉力矢量进行改善，确保蒙皮在拉伸过程中不被过度倾斜、缠绕和拉碎，同时防止拉伸成形过程中出现破坏。
3.建立蒙皮质量差异和时间因素的联系，考虑拉力矢量在不同位置和时间下的变化，并结合力学建模和有限元分析方法，进一步对拉伸成形轨迹进行设计策略优化。
4.建立相应的实验台，实验性验证拉伸成形过程的质量差异，并进一步优化轨迹设计。
将有效的拉伸成形轨迹设计结果用于最终飞行应用。
双曲度飞机蒙皮拉伸成形轨迹优化与验证
双曲度飞机蒙皮拉伸成形轨迹优化与验证
张彦敏;周贤宾;罗红宇;李小强
【期刊名称】《中国机械工程》
【年(卷),期】2006(017)019
【摘要】加载轨迹是决定飞机蒙皮拉伸成形质量的关键因素.对某双曲度蒙皮最大截面采用应变控制的方法,解析分析并推导出拉伸成形加载轨迹范围,并作为初始加载轨迹进行优化;采用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合的优化方法,以减小卸载回弹、提高贴模度为研究目标,以单元最大主应变和厚度减薄率为约束条件,建立最优化数学模型,得到合理的拉伸成形加载轨迹;在自行研制的拉伸成形试验平台上进行优化结果验证,试验结果表明,成形零件贴模度、应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高.
【总页数】4页(P2053-2056)
【作者】张彦敏;周贤宾;罗红宇;李小强
【作者单位】北京航空航天大学,北京,100083;河南科技大学,洛阳,471003;北京航空航天大学,北京,100083;北京航空航天大学,北京,100083;北京航空航天大学,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TG3
【相关文献】
1.复杂飞机蒙皮拉伸成形模具设计方法分析 [J], 李云鹏
2.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 [J], 文松涛;曾斌;汪洋华;彭静文;李卫东;罗华
3.新一代飞机蒙皮拉伸成形柔性多点模具 [J], 邹方
4.飞机蒙皮拉伸成形加载轨迹设计及优化 [J], 张彦敏;周贤宾
5.飞机蒙皮包覆拉伸成形加载轨迹设计优化方法 [J], 何德华;李东升;李小强;王丽丽
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大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形
工艺优化
摘要：在飞机生产过程中，蒙皮拉伸成形工艺得到广泛应用，高质量和高精度的蒙皮建，能够确保飞机的使用年限和飞行性能。
目前随着新一代飞机综合性能的不断提升，对飞机气动外形和精度的要求也越来越高，传统的蒙皮拉形已经无法满足当前蒙皮件的高要求，亟待对飞机蒙皮拉伸成形工艺予以优化处置。
因此，文章结合实例，就大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化展开相关探讨。
关键词：大厚度双曲度；铝合金；飞机蒙皮；拉伸成形；工艺优化
在航空工业中，飞机蒙皮是常用的大尺寸板材。
拉伸成形是制造这些零件最常用的工艺之一。
与其他成形工艺类似，由于卸载后材料的回弹，很难精确成形双曲线形状的铝合金板材零件，特别是对于厚度较大的复杂面板。
近年来，随着国内外航天产品的发展，对蒙皮拉伸成形的成形质量提出了更高的要求。
1 大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺难点分析
某飞机蒙皮零件是常规铝合金蒙皮零件，原材料为2024-O铝合金，最终状态为T-42铝合金，毛坯尺寸为1110mm-6010mm，厚度为6mm。
有两个波状凸起部分（图2中的区域B和C），区域B和区域C是复杂的多曲面，区域A是该部分的主体，区域A的主体是单曲度（图1中的区域A）。
图1 蒙皮零件示意图
这种形状不能用常规的拉伸成形方法加工出两个突出的零件，在成型时必须
添加压力机构，并使用多次拉伸成形技术。
现有数据表明，采用增大压力设备制
造的外罩部件最大的直径为1115mm*3892mm，而其厚度为4.06mm。
其成型工艺中
的一个重要问题就在于模具的成型精度能否达到设计的标准。
产生贴模度的主要
原因有二：（1）在拉伸成形时，板材自身即不能充分贴合；（2）卸荷回弹。
这
种外型蒙皮件在成型过程中使用了压力加力机构，其压紧性的原因是第二种原因，所以，降低弹性是解决问题的重点。
这种外罩部件的外形尺寸大、壁厚大，加工
工艺一般在一段较长的时间（工厂称之为新淬火状态），因此，数值仿真存在如
下困难。
从生产实践来看，生产过程中存在的问题是产品的粘合性，所以本文着
重探讨了加工过程中各因素对产品的影响。
拉伸成形过程中，拉伸速率缓慢，属
半静形，对应力的作用不大；以拉伸成形的方式和张力值为最佳工艺条件，对其
进行了仿真对比。
根据生产实践，本文提出了如下的成型方法：预拉伸成形—完全退火—拉伸
成形—不完全退火—拉伸成形—切边。
在数值仿真中，每次成形工序完成后，将
得到的板材形状视为下一阶段的初始形态，并将相应的热处理条件下的物料参数
进行再分配，进行下一阶段的成型仿真。
为了缩短生产时间和降低成本，工厂提
出了两种二次拉伸的工艺方案。
2拉伸成形工艺数值模拟和优化
通过仿真计算，可以快速有效地确定蒙皮件的材质参数对其的作用，并能准
确地预报出其在拉伸过程中的变形和回弹情况，从而为以后的产品制造工作奠定
基础。
在多次拉伸过程中，每次加工完成后，将板材卸下来，并将成品的外形确定
为下一次成型工序。
但对热处理后的物料进行了再加工，并进行了仿真分析。
与
压边机的压边机控制方法相似，外加压力的加压可分为两种：移位调节和压力调节，其中的移位调节就是对上模的偏移量进行调节，在上模的压力作用下，下模
的闭模间隔等于或稍大于板材的厚度，并将此间隔维持为伸展状态。
如果压模间
隔过长，将导致板材不完全贴模，降低成形精度，过小将导致拉伸，导致板材变薄、产品表面品质下降。
而压紧模式，是将一定的压力作用于上模具，将板材粘
结，再通过拉紧来减小卸荷后的反弹。
模具的上模压力是此工艺中的一个关键因素，如果太大，就可能产生类似于变形调节间隔太短的问题，如果太小，就会引
起模具不充分、回弹大等问题。
在实际应用中，由于是采用了压力调节，因此，
在此基础上，也以此方法进行了数值仿真（见附图2）。
首先通过对模具的变形
进行数值仿真，分析模具的压力分布，从而得出模具的合理压力，从而为液压系
统的仿真奠定理论依据。
图2 拉伸成形工艺有限元模型
2.1位移控制
由于板材厚度为6mm，因此选择上下模的模具间距为6.2和7.0mm进行模拟，拉伸速度为8mm min-1，拉伸量为60mm。
2.1.1合模间距为7.0mm时的结果
平均上模压力为1500kN，应力在350至385m P.a之间。
有效厚度大部分减
少至约5.95mm，厚度基本均匀。
最大值为3.4mm，出现在两个凸起附近。
2.1.2合模间距为6.2mm时的结果
峰值上模式压力增加至2500kN，板材大部分区域的厚度减少至约5.8mm，应
力在350至420MPa之间，存在缺陷，最大法向回弹体积为1.0mm，出现在两个凸
起附近。
可以知道，当模式间距为7.0mm时，合适的上模式压力约为1000kN。
2.2压力控制
根据位移控制，合适的上模式压力约为1000kN。
通过压力控制进行模拟。
首先，使用50100和1500kN的三种上模式压力进行模拟，并以上述模式压力为
1000kN时的模拟结果为例进行分析，而其他上模式压力类似。
已知上下模式之间
的最小间距为6.12mm。
当上模具压力在200-1000KN之间时，增加模具压力可以
有效地改善成型效果，提高成型度。
此后，影响逐渐减弱。
超过1200kN后，基
本无影响。
但是，上模压力太大，不会造成材料的局部表面缺陷，一般建议不超
过1000kN。
2.3拉伸量的影响
根据拉伸加工的基本原理，结合生产实践和生产实践，确定了第一次拉伸
60mm，第二次拉伸90 mm；对120，150，175和200mm的5个实例进行了仿真分析；各种拉伸情况下的仿真结果如表格5所示，其中的弹性系数是部件的有效部位。
成型后，将不需的毛料切割开来，这样，在对仿真资料进行整理和解析时，
以实际部件的部件为基准。
3模具型面补偿
因为板料材料很厚（6mm），所以在拉制过程中具有很大的回弹力，甚至当
张紧力达到175mm时，也有很大的回弹性。
为此，对铸件的形状进行了数值仿真。
通过对工件进行模压校正，使工件与设计表面的最大误差值从2.33mm降到
2.15mm，大多数部件的误差在0.64mm以下。
通过对模具进行补偿，得到的模具
型表面是以网格为基础的，可以把它转化成 CAD的模具修改、补偿和生产加工。
在此基础上，对铸件进行了二次拉深，第一次拉深60mm，第二次拉深175mm；最
大的正截面回弹不超过0.72mm。
综上所述，本文根据不同的产品特性，选择了相应的有限元参数，并对其进
行了较为全面的数值仿真。
采用数值模拟方法，得出了模具加压、拉伸强度对加
载回弹的作用，得出了最佳的工艺参比值,利用模具型面补偿方法，可以有效地
降低零件的回弹率，并利用模型面的补偿来改善产品的成型质量。
参考文献
[1]马悦森.双曲度蒙皮拉形过程的仿真分析及轨迹优化[D].吉林大学,2019.
[2]房涛涛,李晓星,郎利辉.大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化[J].锻压技术,2021,46(01):29-36+42.
[3]张程鹏.飞机蒙皮拉伸成形力学分析及振动辅助优化[D].吉林大学,2019.。