航空制造领域中三维工艺技术的运用
李香梅
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李香梅,. 航空制造领域中三维工艺技术的运用[J]. 航空航天学报,2023.1. DOI:10.12721/ccn.2023.157007.
摘要: 航空制造业发展中对工艺技术要求较为严格,在多种现代科技的支持下,传统二维工艺设计实现了数字化转型,形成了三维工艺制造体系,通过三维建模的方式,将整个工艺流程直观展现,可满足不同业务设计要求,实现三维化、系统化和集成化设计,为航空制造提供了技术支撑,改善了以往工艺设计中存在的不足,可根据各项参数和装配情况进行优化设计,提高了行业整体数字化设计水平,本文主要对三维工艺技术的运用进了探究。
关键词: 航空制造;二维工艺设计;三维工艺技术
DOI:10.12721/ccn.2023.157007
基金资助:

将信息化技术运用到飞机制造过程中,显著提升了三维工艺设计水平,能够形成统一标准,实现多系统集成,确保基础数据的完善性与规范性。三维工艺设计技术具有可视化特点,可构建体系完整的工艺设计平台,支撑各项业务设计需求。三维工艺技术在应用过程中,需要设计科学合理的工艺方案,确定每个阶段的设计内容,按照具体流程进行三维工艺设计,将信息内容清楚表达出来。

1.二维工艺设计分析

工艺设计在航空产品生产制造中起到了关键作用,以往采用的二维工艺设计方法,主要是根据工艺流程图,在CAPP系统中进行工艺设计,编制工艺卡片,通过审核后将纸质工艺卡片下发给各部门,而后根据生产操作说明,形成纸质文件,为产品制造提供指导依据。整个流程在二维平面工艺技术的约束下,不能将各项数据信息通过直观、立体等形式展示出来,空间设计功能比较差。产品制造信息传递期间,设计人员通常以三维的形式进行设计,而后将其转化为二维图纸,将设计信息传递给制造部门,而制造人员会根据二维图纸想象产品的三维立体图,明确具体设计意图后再下达二维工艺指令,整个流程的数据传输量比较大,而且经常会出现设计意图理解不清晰的情况,从而影响产品生产制造效果,容易出现失误情况。

2.航空制造领域中三维工艺技术的应用分析

2.1飞机产品工艺方案策划

飞机产品在生产制造之前,先要进行总体方案设计,确定产品生产过程,以及每个环节的具体内容,通过工艺审查后工艺策划,涉及到装配工作、零件生产制造,工艺分离和部件组装图等文件内容编制。实际进行工艺方案策划的过程中,工艺设计人员会根据各项参数进行三维工艺设计,将产品结构通过不同的形式的进行展现,实现产品的EBOM重组,确定各组件生产工艺流程,搭建产品生产模型,确保能够为后期装配生产提供参考依据。

2.2零件工艺设计

飞机产品生产制造中运用的零件部件类型比较多,进行工艺设计时,主要运用机加工艺和钣金工艺,前者主要指人工+机械设备相结合的工艺方式,使用多种类型的工艺设备和数控设备开展零件加工制造工作;后者的工艺类型比较多,如液压、滚压等。三维工艺设计则是利用数字化技术和轻量化模型,对零件结构进行仿真分析,与以往运用的工艺设计技术相比,设计水平得到了显著提升。

2.2.1工艺设计工序及模型构建

零件工艺设计是从毛坯到成型,先进行毛坯设计,而后根据各参数要求进行加工处理,慢慢形成合格的零件状态,整个过程需要参考设计模型,对加工工序流程进行分析,而后通过仿真设计分析的方式,对设计内容进行优化,从而形成符合设计要求的工艺模型,完善设计方案,能够为零件加工生产提供指导依据。

2.2.2 三维零件工艺数据处理

三维工艺技术在运用中,三维零件工艺是根据电子数据传达各项质量,主要是将零件结构生产制造中的相关信息以及不同形式的数据参数进行整合,形成专门的电子数据包,传递相关指令,工艺设计人员会通过相关软件平台直接查看零件工艺数据,具有可视化特点,能够将零件信息直观展现出来。

2.3冶金工艺设计

冶金专业下属多个专业,包括锻造、铸造、热处理、表面处理、焊接等。冶金工艺按照工艺类别的不同,对三维化的需求也各有区别。如焊接工艺需要在三维数模上对焊缝位置、焊接顺序进行标示;表面处理工艺需要利用三维数模在立体空间中进行镀层、喷漆、化铣、表面转换、导管隔热的加工范围等信息的标示;铸造工艺需要根据产品模型留好铸造余量,并利用三维模型展现相应浇筑系统的设计。虽然冶金工艺设计三维化的需求不高,但是将三维工艺技术应用其中,建立三维模型,将零件具体的装配工艺和方式体现出来,可以将工序状态清晰体现出来,能够更加直观的了解工艺流程信息。

2.4装配工艺设计

2.4.1装配工艺设计工序及模型构建

装配工艺设计是对各零件的组装过程和顺序进行设计,确定具体的装配方案,做好设计规划,定义装配工艺,并根据装配需要建立专门的三维工序模型,这一模型中涉及到的内容比较多,可以将产品信息、工装内容和工序流程通过三维视图的形式展现出来,可以为装配工作的开展指导依据,其中各项信息数据资料都较为完整,能够将装配工序和三维模型充分结合。

2.4.2三维装配工艺电子数据处理

通过工序模型的定义,以三维模型替代传统的二维图纸或原理图,工艺指令中操作步骤都以三维视图及三维动画为主,结构化的文字信息为辅的方式来描述工艺过程,三维条件下的工艺指令是将结构化工艺过程信息(标准格式)与模型、视图、动画等三维信息(轻量化格式)相结合,形成可指导装配人员工作的三维装配工艺(指令)电子数据包。

2.5工艺数据管理

2.5.1工艺知识管理

工艺知识管理,是将与航空生产制造有关的工艺知识进行整合积累,基于工艺专家经验,为各项生产工艺提供价值信息数据,对这类信息数据进行有效管理,将知识信息的作用充分体现出来。工艺知识类型比较多,如工艺术语库、工艺参数数据库、数控程序数据库、切削参数库、钣金成型参数库等的管理;以及对文档类工艺知识库,包括工艺手册、工艺标准与程序、技术总结、学习资料等的分类管理。

    2.5.2工艺资源管理

三维工艺设计离不开完善的工艺资源库,这就需要构建专门的工艺资源库,将工艺生产设计中涉及到的各类资源进行整合,并对这些信息进行系统化管理,设计针对性的管理标准,提升工艺信息资源的统一化管理水平,让各类工艺资源在航空产品生产制造中能够得到规范运用,切实发挥资源价值。

2.5.3典型工艺管理

典型工艺是根据航空产品生产制造需要,设计出几种具有代表性的工艺范例,可应用到不同类型的产品设计中,能够进行工艺设计的重复使用,这对提高产品加工的标准化水平有着积极影响,便于对工艺的提炼与优化,使其得到广泛运用。

2.6生产现场可视化

在三维工艺模式下三维数据(模型等)替代了二维工程图纸和纸质工艺指令。三维工艺电子数据包(指令)成为生产现场工作的技术依据,通过工艺设计平台与生产管理系统的集成,将三维工艺指令等工艺数据信息发放到车间生产现场,并以三维的、动态的、交互式的定制界面展示、描述工艺过程,将生产工艺、人员、设备、工装及工具等资源信息有效集成,通过直观的界面显示产品的设计结构关系、工艺结构关系和几何模型,显示工艺仿真过程和工装使用定位方法,显示与仿真过程相应的操作说明等,使工人按指令进行操作,准确快速地查阅工艺过程中需要的信息,提高工作的准确性和效率。

结语:MBD 技术的应用使三维模型成为制造过程中的唯一依据,本文提出了三维工艺设计工作思路和实现方法,有效地缩短产品研制周期,提高产品质量和生产效率,真正实现无二维图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造,有效改善生产现场工作环境,使现场工人容易理解,减少了操作错误,提高了产品质量和生产效率。三维数字化工艺设计技术的深入应用必将推动我国飞机制造业的快速发展。 

参考文献:

[1]崔德刚,刘看旺,郑党党,等.基于MBD的飞机设计与制造技术研究与应用[J].计算机集成制造系统,2019,25(12):9.

[2]郑毅.刍议3D打印技术在航空制造领域的应用进展[J].信息记录材料,2017,18(7):2.

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