復(fù)雜飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)方法分析

李云鵬

摘 要：飛機(jī)是一個(gè)國(guó)家工業(yè)的重要體現(xiàn)，蒙皮是飛機(jī)中的重要組件，為保證飛機(jī)蒙皮的強(qiáng)度和成型在蒙皮的生產(chǎn)中需要采用蒙皮拉伸成形工藝。在以往的蒙皮拉伸成形工藝中拉形模的設(shè)計(jì)缺乏實(shí)用、詳細(xì)的設(shè)計(jì)情況，致使飛機(jī)蒙皮毛料拉形過程中使得蒙皮拉伸時(shí)的延伸率不盡相同從而影響飛機(jī)蒙皮拉伸后的性能。文章在分析飛機(jī)蒙皮拉伸成形特點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了一種基于“截面線等長(zhǎng)”的拉形模型面設(shè)計(jì)方法，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形的過程中通過工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)從而使得飛機(jī)蒙皮拉伸成形時(shí)模具沿著各個(gè)拉伸方向上的截面線長(zhǎng)度盡可能的相差不大，而后再通過工藝補(bǔ)充面的曲率和切向的調(diào)整從而使得飛機(jī)蒙皮毛料在拉伸時(shí)應(yīng)力分布更為均勻。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)蒙皮拉伸成形；模具設(shè)計(jì)；模擬分析

中圖分類號(hào)：V261 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0091-02

前言

拉形模主要被應(yīng)用于飛機(jī)蒙皮等種類零件的拉形加工中，通過飛機(jī)蒙皮拉伸成形可以使得飛機(jī)蒙皮毛料形成表面光滑、曲率較大的成型蒙皮。在以往拉形模的設(shè)計(jì)中往往是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比類的設(shè)計(jì)，在加上一些零件理論外形設(shè)計(jì)指導(dǎo)原則構(gòu)成了對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉伸成形模型的型面設(shè)計(jì)。以往的飛機(jī)蒙皮拉伸成形模型的設(shè)計(jì)較為粗略，與現(xiàn)今高速發(fā)展的飛機(jī)蒙皮制造需求不相適宜。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面會(huì)使得飛機(jī)蒙皮毛料變形較大，需要修改甚至嚴(yán)重的直接導(dǎo)致蒙皮報(bào)廢。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)積極引入有限元設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的模擬仿真在提高飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)質(zhì)量的同時(shí)縮短飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)周期。

1 飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)方法

在飛機(jī)蒙皮拉伸成型中，多采用的是夾口夾緊矩形飛機(jī)蒙皮毛料的邊緣拉緊后使得矩形蒙皮貼近模具從而獲得模具表面所具有的型面形狀。在這種加工方式下，材料的流動(dòng)受到了極大的制約將不利于材料變形能力的體現(xiàn)。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形的過程中，材料的應(yīng)變對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉伸成形質(zhì)量有著極為重要的影響，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形過程中所出現(xiàn)的破裂、滑移線等的缺陷都與材料的不均勻變形密切相關(guān)。因此，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形的過程中需要盡可能的確保變形的均勻性。而為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)做好飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)?！敖孛婢€等長(zhǎng)”飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)方法其核心原則是確保飛機(jī)蒙皮毛料在與飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面貼緊時(shí)沿著飛機(jī)蒙皮毛料拉伸方向截面線上的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)趨于一致。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)遵循以下的設(shè)計(jì)過程：（1）首先建立起飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的空間坐標(biāo)系。飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)時(shí)在零件的絕對(duì)坐標(biāo)系中生成，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)過程中要確保型面切向的連續(xù)性，并在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的邊緣部分的切向?qū)に囇a(bǔ)充面的走向進(jìn)行補(bǔ)償，以使得飛機(jī)蒙皮毛料沿著模具型面方向進(jìn)行飛機(jī)蒙皮拉伸成形作業(yè)時(shí)的截面線的長(zhǎng)度和形狀得到保證。此外，飛機(jī)蒙皮毛料的拉伸時(shí)對(duì)于飛機(jī)蒙皮毛料的裝夾要求與夾鉗方向的截面線盡可能的水平，而這些都要求飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具具有一個(gè)較為良好的空間姿態(tài)，而對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具建立起一個(gè)良好的坐標(biāo)系是基礎(chǔ)。（2）做好內(nèi)部工藝補(bǔ)充面的建立，并注意做好對(duì)于飛機(jī)蒙皮的修整。在對(duì)復(fù)雜飛機(jī)蒙皮毛料拉伸過程中，飛機(jī)蒙皮的內(nèi)部及邊緣部分往往是不規(guī)則或是不完整的，因此，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中需要對(duì)這些部位進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)，以確保飛機(jī)蒙皮在拉伸成形的過程中曲面切向連續(xù)，避免尖角等影響飛機(jī)蒙皮拉伸質(zhì)量的飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面缺陷。（3）建立起外圍工藝補(bǔ)充面。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具工藝補(bǔ)充面的建立過程中要確保飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面的光滑，通過對(duì)工藝補(bǔ)充面進(jìn)行調(diào)整，使得各處的截面線長(zhǎng)度基本相等。（4）做好飛機(jī)蒙皮拉伸成形仿真，并通過對(duì)仿真模型進(jìn)行分析從而對(duì)模具型面進(jìn)行一定的調(diào)整。在上述飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)步驟完成后能夠確保飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具各截面線上的長(zhǎng)度是基本一致的，但是這一截面線長(zhǎng)度的一致性并不能確保飛機(jī)蒙皮拉伸成形后應(yīng)變的均勻分布。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面的設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)當(dāng)注意飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面局部的曲率、起伏程度等情況對(duì)飛機(jī)蒙皮毛料拉伸成形后質(zhì)量的影響。這就需要對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具建立起相應(yīng)的模型，通過對(duì)模型進(jìn)行分析評(píng)估從而對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面進(jìn)行一定的調(diào)整。在對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)上述設(shè)計(jì)順序進(jìn)行循環(huán)重復(fù)以便獲得良好的飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)質(zhì)量。

2 飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)例

某機(jī)型上的飛機(jī)蒙皮拉伸件其結(jié)構(gòu)如圖1所示。此模型采用的是對(duì)稱設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)這一零部件的加工，在加工方式上采用的是拉伸成形的加工方式，飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具在設(shè)計(jì)時(shí)選用的是帶上壓的S型模具，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中首先應(yīng)當(dāng)建立起正確的空間姿態(tài)，某零件的頂部略呈弓狀彎曲，在小圓角區(qū)域向內(nèi)側(cè)彎曲，同時(shí)側(cè)壁區(qū)域向內(nèi)凹，因此在加工上需要采用上壓模具以使得飛機(jī)蒙皮毛料能夠與其相貼合。此外，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)注意S型模具的弦深比，避免弦深比過小而導(dǎo)致上壓裝置的載荷過大，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形設(shè)備上用于夾持毛料的夾鉗在水平情況能夠使得載荷獲得較為良好的夾緊效果。而后，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)過程中需要做好模具內(nèi)部工藝補(bǔ)充面的建立，在這一工件中，其內(nèi)部工藝面建立的主要目的是為了填補(bǔ)零件內(nèi)部的不規(guī)則邊緣因此在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意做好對(duì)于“空洞”區(qū)域的修補(bǔ)。以此零件為例，建立工藝補(bǔ)充面能夠?qū)⒋肆慵蓚?cè)曲面的過渡連接在一起對(duì)周邊區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充從而使得飛機(jī)蒙皮拉伸成后更為連續(xù)、光滑。在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意完成對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具側(cè)面及圓角的建立，通過在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具沿著拉伸方向建立起7條截面線，這些截面線的長(zhǎng)度在“初始設(shè)計(jì)長(zhǎng)度”中有所標(biāo)注。而后根據(jù)已設(shè)計(jì)的拉形模型面來生成上壓模具型面。在完成了對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的初步設(shè)計(jì)后，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具進(jìn)行仿真以便對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具可靠性進(jìn)行分析驗(yàn)證。在將飛機(jī)蒙皮拉伸成形的工藝參數(shù)輸入到仿真軟件中并進(jìn)行相應(yīng)的仿真計(jì)算。在完成對(duì)于所設(shè)計(jì)的飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的拉形仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上對(duì)拉形質(zhì)量進(jìn)行分析，對(duì)于飛機(jī)蒙皮拉伸成形質(zhì)量的分析，針對(duì)飛機(jī)蒙皮拉伸成形仿真結(jié)果中出現(xiàn)塑性較大應(yīng)變的區(qū)域?qū)︼w機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的修改，以減小或是消除這一區(qū)域的變形。而后對(duì)修改完成后的飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)再次建立分析模型用以分析模具修改后的塑性區(qū)域。驗(yàn)證飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具設(shè)計(jì)的可靠性。在此次飛機(jī)蒙皮的拉伸成形中，關(guān)鍵是要做好對(duì)于飛機(jī)蒙皮模型的設(shè)計(jì)，為做好對(duì)于蒙皮模具的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和加工方法無法滿足相應(yīng)的加工需求。在復(fù)雜模具型面的設(shè)計(jì)和加工過程中需要對(duì)傳統(tǒng)的加工工藝進(jìn)行改進(jìn)，通過詳細(xì)而有效的模具型面設(shè)計(jì)方法來完成對(duì)于模具的精確設(shè)計(jì)，以便使得飛機(jī)蒙皮在拉伸的過程中能夠使得各處的變形均勻。本文所提出的“截面線等長(zhǎng)”模具型面設(shè)計(jì)方法在確保蒙皮拉伸均勻變形方面得到了良好的控制。在模具設(shè)計(jì)的過程中，通過使用有限元仿真模具設(shè)計(jì)來作為模具設(shè)計(jì)的重要輔助手段以此來對(duì)所設(shè)計(jì)的模具型面進(jìn)行合理性驗(yàn)證，通過實(shí)踐證明，在復(fù)雜蒙皮的拉伸過程中通過將“截面線等長(zhǎng)”設(shè)計(jì)方法與有限元輔助建模技術(shù)相結(jié)合將會(huì)使得復(fù)雜蒙皮拉形模具的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便、高效。

3 結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具型面設(shè)計(jì)是飛機(jī)蒙皮拉伸成形質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。由于飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具具有較為復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，在飛機(jī)蒙皮拉伸成形模具的設(shè)計(jì)過程中為了更好的使得飛機(jī)蒙皮毛料拉伸受力均勻通過采用“截面線等長(zhǎng)”的設(shè)計(jì)方法，通過補(bǔ)償以使得飛機(jī)蒙皮毛料在貼模后各截面的延伸率盡可能的接近。

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