飞机蒙皮多点模具拉形制造应用体系研究

蒙皮拉形是一项重要的航空钣金成形工艺,飞机蒙皮零件主要采用拉形工艺进行生产制造.目前,飞机蒙皮拉形采用的实体模具,每项蒙皮均需要一套模具工装以实现蒙皮的生产制造,且需要反复的修模和试产,导致模具工装数量多、生产准备周期长、模具制造成本高.近年来发展的多点模具技术是解决实体模具拉形缺陷的有效途径,多点模具的基本思想是把连续的模具型面离散为一系列排列规则、高度可调的钉柱包络面[1],通过调整模具的钉柱高度,可组合形成不同的模具型面,因而不需更换模具即可实现多种形状蒙皮零件的拉形.

VTL1000型数控蒙皮拉形机运动仿真系统

为预先发现并避免拉形过程中可能出现的轨迹错误、意外碰撞等缺陷,开发了VTL1000型数控蒙皮拉形机运动仿真系统。给出了系统的流程和体系结构,研究了拉形轨迹的计算、拉形轨迹与机床运动参数的转换两项关键技术及相关算法。在CATIA环境下,采用组件应用架构二次开发技术,实现了系统的开发。通过对实际蒙皮零件拉形过程机床的运动仿真,验证了系统的实用性和稳定性。

数控蒙皮拉形试验机系统开发与应用研究

拉形是飞机蒙皮成形的主要方式之一,为研究蒙皮零件在拉形过程中的变形行为,自行研制开发了1000KN数控蒙皮拉形试验机系统。系统采用电液伺服技术,实现了夹钳的水平转动、俯仰、拉伸动作,工作台可以形成任意角度上顶,能够完成飞机蒙皮零件成形所需的拉形轨迹。试验结果表明,系统具有较高的精度,符合大多数蒙皮零件的拉形试验要求,为开展蒙皮拉形过程控制和工艺研究提供了试验保障。

基于蒙皮拉形模拟系统的数控拉形仿真与实践

以FET 12 0 0数控蒙皮拉形机为对象 ,对数控蒙皮拉形过程有限元数值模拟系统STRETCHFORM前置处理的拉形机机构分析、运动反解以及数据接口等关键技术进行深入研究 ,开发了运动反解模块 ,克服了正向求解的不足 ,有效地解决了拉形过程CAE分析与数控设备控制 (CNC)的协调和高效结合这一技术关键。利用STRETCHFORM系统对进气道蒙皮进行“虚拟拉形” ,优化拉形钳口运动轨迹 ,并进行生产试验 ,取得了满意的结果。

多点拉形数值模拟及模具型面补偿方法

建立了板料多点拉形有限元模型,确立了用于动态显式算法的拉形加载模式,并应用到典型件的拉形过程数值模拟中。对马鞍形曲面件的多点拉形进行了数值模拟,探讨了成形件上应力、厚度等的分布规律以及回弹和弹性垫的不均匀变形对成形件精度的影响。模拟结果表明,成形件的应力、厚度分布均匀,卸载回弹很小,弹性垫的不均匀变形对成形件精度的影响比回弹要大;为获得精确形状的成形件,提出了一种基于数值模拟结果通过反复修正获得准确的多点拉形模具型面来补偿多点拉形中弹性垫的不均匀变形和回弹的方法。

多点模具的拉形工艺及其数值模拟

为检验多点模具拉形工艺的可行性,采用显式有限元软件对抛物柱面与马鞍面件的拉形过程进行了数值模拟,并与采用整体模具的拉形效果进行了比较。数值模拟结果表明:使用多点模具直接进行蒙皮拉形,成形件表面将出现压痕。为抑制压痕,必须在多点模具与板料之间放置弹性垫层。弹性垫能够有效地分散多点模具冲头的集中载荷。当弹性垫较薄时,成形件表面仍有压痕出现,当弹性垫厚度达到8 mm时,压痕被消除,成形表面光滑,与整体模具的成形结果非常接近。实验表明:只要采用合适的弹性垫,多点模具可应用于实际拉形工艺。

蒙皮拉形模拟前置处理软件开发及关键技术研究

本文对前置处理软件中的核心算法进行了较为深入的研究 ,设计了网格处理时各种算法 ,进行拉形机的动作分析研究 ,并解决了将板料在拉形机夹钳中的物理夹持转换为几何夹持的关键技术。该软件具有友好的用户界面 ,操作灵活 ,具有较强的实用性。该软件与Pro Engineer、I Deas等CAD软件 ,以及ABAQUS、STRET CHFORM有限元分析软件结合使用 ,可进行复杂蒙皮拉形模拟 。

飞机复杂蒙皮拉形数值模拟系统开发及关键技术研究

针对飞机复杂蒙皮拉伸成形特点,基于静态隐式算法开发了复杂蒙皮拉形数值模拟系统STRETCH FORM。系统分为前置处理、核心求解和后置处理3个模块。介绍了系统各模块的主要功能以及机构运动、静态隐式有限元算法和接触搜索算法等关键技术理论。利用商业软件MARC和PAM STAMP进行了S形蒙皮拉形的模拟计算对比,并对某型号机的进气道蒙皮零件进行了生产验证,结果表明系统具有较高的可靠性和计算精度。

基于回弹的飞机蒙皮拉形模型面修模技术研究

回弹是飞机蒙皮成形中不可避免的现象,影响着零件的形状精度。通过模具型面补偿方法可以降低由回弹引起的形状误差。分析基于回弹补偿的飞机蒙皮拉形模具的修模过程,确定贴模度的计算和模具修模量的计算是修模过程中的关键技术。提出虚拟拉形中的贴模度定义以及计算贴模度的直接投影法和最近单元法,并分析这两种方法的特点,得出最近单元法优于直接投影法。同时,提出基于回弹补偿的虚拟修模计算公式,针对公式中贴模度映射到模具节点修模矢量的方法,提出一次投影法和二次投影法,并针对三类典型的蒙皮零件进行计算验证。结果表明,两种投影方法都是有效的,对最大贴模度的影响不大,但就多次修模的稳定性而言,二次投影法好于一次投影法。

蒙皮拉形可重构柔性模具模面生成系统开发及应用研究

针对飞机蒙皮零件多品种、小批量、形状复杂、成形精度要求高的特点,对可重构柔性模具蒙皮拉形关键技术进行了深入分析,基于CATIA二次开发技术开发了蒙皮拉形可重构柔性模具模面生成系统,实现了蒙皮零件数模在可重构柔性模具制造坐标系中的调形计算,具备了冲头高度干涉检查和虚拟模具三维仿真功能。经过应用验证,系统稳定可靠,能准确调形出蒙皮零件拉形所需的模具包络面。本系统的建立,为可重构柔性模具蒙皮拉形工艺研究提供了技术保障。

飞机复杂蒙皮拉形工艺参数优化设计

蒙皮拉形是一个复杂的材料成形过程,对其进行工艺参数的优化十分重要。文章阐述了蒙皮拉形中的主要成形缺陷,并将这些缺陷进行量化,作为拉形工艺优化的目标函数。分析拉形过程中的主要工艺参数,提出了筛选重要参数的方法,以确定对成形质量起决定性作用的工艺参数。应用响应面法建立了工艺参数与成形质量评价指标之间的函数关系,并采用评价函数法,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,对拉形实例进行了工艺参数的优化。通过有限元仿真以及生产试验,验证了该工艺参数优化方法的有效性与准确性。

典型双曲率零件柔性多点模具蒙皮拉形技术研究

柔性多点模具是由一系列高度可调的小冲头根据需要组合形成离散模具型面的模具系统。采用柔性多点模具进行蒙皮拉形时,在模具与板料之间需放置一弹性垫层,以防止冲头直接作用于零件表面产生压痕。文章针对某典型双曲率零件,通过数值模拟的方法分析了弹性垫层以及零件自身回弹对成形零件外形精度的影响,并以此为依据调整模具冲头位置,实现柔性多点模具型面的优化。最后通过工艺试验,对所建立的优化方法进行了验证,获得了合格的成形零件。

柔性夹持多点拉形过程的数值模拟

采用动态显式有限元软件，对2024—O铝合金板材在传统夹持方式和柔性夹持方式下成形球面件的过程进行了数值模拟，对比分析了拉形过程中板材的应力和应变变化。结果表明，与传统夹持方式相比，在柔性夹持方式下得到的多点拉形件应力应变分布均匀，成形效果较好，而且可以提高材料的利用率。完成了相关的实验验证，结果表明：柔性夹持方式适用于多点拉形过程，验证了柔性夹持装置的可行性与实用性；模拟结果与实验结果的误差基本在0.3～0.5mm之间，验证了数值方法的准确性。

数控蒙皮拉形试验系统及精度分析

为研究飞机蒙皮零件在拉形过程中的变形行为 ,在自行研制的多用途三轴加载试验机的基础上 ,采用数字PID控制算法 ,对试验系统的控制软件进行了改进 ,实现了加载油缸的速度控制以及同轴两油缸的位移同步控制 ,建立了数控蒙皮拉形试验系统 .试验结果表明 ,系统具有较高的精度 ,符合大多数常见蒙皮零件进行试验的要求 。

飞机蒙皮拉形工艺知识库的研究与开发

面向飞机制造厂的实际生产需要,为飞机蒙皮拉形的工艺设计、分析及生产等提供全面、完善的支持,该文运用JBuilder2005和Dorado5作为主要的开发工具,以Oracle9i作为数据库管理系统,建立了蒙皮板材性能、工艺设计与分析参数、工艺审查等功能模块,解决了分析中大量文件图片等对象的上传与下载、与数字化工艺设计系统ASSFCAE的接口,以及基于知识的工艺匹配与推理等关键技术,开发了一套B/S架构的飞机蒙皮拉形工艺的知识库系统。应用实例表明,该系统具备进行蒙皮零件工艺性审查,和为工艺分析提供设计信息参数等功能,具有较好的实用价值。

机翼前缘蒙皮拉形工艺参数优化与试验

飞机机翼前缘蒙皮,由于其形状和成形材料的特点使拉形结束卸载回弹后会产生较大的回弹量,对零件的成形质量影响较大。文章分析机翼前缘蒙皮零件的典型成形方案,确定主要加载轨迹参数,利用正交试验设计方法设计拉形工艺方案,通过有限元模拟和结果分析,获得了主要工艺参数对成形零件回弹量的影响规律。针对某前缘蒙皮零件,根据有限元分析结果,对工艺参数进行设计和优化,通过生产性试验,获得了成形质量较好的试验零件,并进行厚度、应变测量和对比分析,验证了有限元模拟的精度。

多辊下压式柔性拉形工艺及其数值模拟

研究了一种新型的柔性拉形工艺——多辊下压式柔性拉形(MRPFSF)。采用动态显式有限元软件,对2024-O铝合金板材使用传统拉形工艺和MRPFSF工艺时成形球面件的过程进行了仿真,对比分析拉形过程中板材的应力、应变和板材厚度变化。仿真结果表明,与传统拉形工艺相比,使用MRPFSF工艺时得到的拉形件应力应变分布均匀,成形效果更好。最后用实验机进行了实验验证,结果证明了MRPFSF工艺的可行性与实用性。

VTL型数控蒙皮拉形机加载轨迹设计

针对VTL型数控蒙皮拉形机建立三维数字化模型,并对其进行机构运动分析。根据蒙皮拉形变形特点,提出一种拉形加载轨迹设计方法。基于应变控制设计出执行钳口运动轨迹,并根据拉形机机构运动规律,将执行钳口运动轨迹转化成拉形机驱动机构运动参数。采用CAA技术在CATIA平台上开发了相应的加载轨迹设计软件;以柱形蒙皮为例,利用开发的软件设计加载轨迹,通过有限元模拟和试验,验证了轨迹设计的合理性。

基于方差传递模型的飞机蒙皮拉形工艺稳健设计

在蒙皮拉形工艺中,由于诸多不确定因素的存在,传统最优工艺条件下的成形质量存在较大波动。针对该问题,将有限元分析和稳健设计有效结合,提出基于方差传递模型的飞机蒙皮拉形工艺稳健设计方法。分析蒙皮拉形中的主要质量缺陷及关键设计参数,考虑成形过程中设计参数的波动和噪声因子;基于有限元分析和响应面法给出蒙皮拉形工艺的质量缺陷指标(响应)与设计参数及噪声因子的函数关系式;依据设计参数的方差、噪声因子的方差与响应方差的传递关系,获得响应均值与方差的估计;以最小化均方误差为稳健优化准则,结合理想点法进行多目标优化,实现参数的稳健设计。以某蒙皮零件的拉形工艺为例对提出的方法进行验证。结果表明,与传统的优化设计相比,该方法可以有效减少蒙皮拉形工艺的质量波动,提高工艺稳健性。

可重构柔性多点模具蒙皮拉形工艺设计系统

针对可重构柔性多点模具蒙皮数字化拉形中的钉柱高度计算和工艺设计问题,开发了可重构柔性多点模具蒙皮拉形工艺设计系统。给出了系统的功能模块和体系结构,研究了曲面空间定位、模面补充、钉柱调形高度计算、毛料尺寸及拉形轨迹计算等关键技术和相关算法。在CATIA环境下,采用组件应用架构二次开发技术,实现了系统的开发。通过对实际蒙皮零件的分析和计算,验证了系统的实用性和有效性。