一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，包括以下步驟：1）在CAD軟件CATIAV5中根據(jù)零件和模具數(shù)模設計一件毛料；2）在CAE軟件PAMSTAMP2G中，對毛料進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析；3）計算結束后，在后處理模塊中激活成形階段的最后一步模擬結果，導入零件邊緣線，二者進行比較；4）激活模擬結果中成形階段的第一步，為實際成形需要的初始準確坯料的邊緣線；5）將坯料邊緣線輸出為IGS文件。該方法基于材料的真實屬性，并在優(yōu)化的工藝參數(shù)和邊界條件下經(jīng)歷了實際的橡皮囊成形工藝過程，因而采用該方法制備的坯料外形準確合理，無修邊余量，便于實現(xiàn)精準成形，由于提高生產(chǎn)效率和零件質量。
【專利說明】一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于有限元數(shù)值模擬的橡皮囊成形薄壁零件的精確坯料制備方法，屬于塑性加工【技術領域】。

【背景技術】
[0002]橡皮囊成形時利用橡皮囊作為彈性凹?；蛲鼓?，領用液體作用為傳壓介質使金屬板材按剛性凸模或凹模加壓成形的方法。該工藝的主要優(yōu)點:可成形復雜形狀零件；可部分取代剛性模彎邊和拉伸等工藝方法，縮短了生產(chǎn)準備周期；成形過程中模具應力集中與沖擊現(xiàn)象少，模具材料要求不高；在高壓和摩擦力的作用下，材料的塑性可得到充分發(fā)揮，由于厚度變化比較均勻，材料內部損傷降低，顯著提高零件成形質量和結構可靠性。橡皮囊成形方法在飛機制造領域得到了廣泛應用。
[0003]對于橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，一般為:
方法一:對于外形曲率不太大的鈑金零件，如框、肋、腹板等，一般按模線制造的展開樣板或圖板上的展開圖計算出的尺寸制造零件的展開件；按數(shù)模制造的零件，可在CAD軟件的展開模塊中直接展開。
[0004]方法二:對于鈑金零件有曲率較大的凸彎邊或凹彎邊，或者同時具有凸凹彎邊時，由于零件在形成過程中，材料有部分收縮或拉伸，因此造成彎邊高度達不到零件規(guī)定的公差范圍，展開樣板很難計算準確。一般方法是用鋁板毛料制取一件合格零件后，將局部收縮或拉伸部位剪開并展平，作為制取展開樣板的依據(jù)，按此樣板制成展開件來成形零件，經(jīng)幾次試壓后，直至成形處合格零件時，就將此樣板確定為正式樣板用于生產(chǎn)。
[0005]方法三:利用有限元軟件中的板料反應模塊，“一步法”反求坯料。
[0006]隨著現(xiàn)代飛機氣動力外形要求越來越高，在實際設計與生產(chǎn)中復雜型面零件越來越多，方法一基于幾何算法，只可以解決形狀簡單零件的下料問題，方法二增加了太多人工操作，并依賴人工經(jīng)驗較多，準確度不足，影響生產(chǎn)效率；方法三雖然包括了材料屬性，效率較高，但是由于沒有基于實際成形工藝過程，不包括材料在受力時產(chǎn)生的拉伸和壓縮等復雜的形式變形，導致復雜曲面的展開料不準確和無法展開等問題。


【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，該方法基于材料的真實屬性，并在優(yōu)化的工藝參數(shù)和邊界條件下經(jīng)歷了實際的橡皮囊成形工藝過程，產(chǎn)生的拉伸和壓縮最接近與現(xiàn)實生產(chǎn)中的狀態(tài)，因而采用該方法制備的坯料外形準確合理，無修邊余量，便于實現(xiàn)精準成形，由于提高生產(chǎn)效率和零件質量。
[0008]為解決以上問題，本發(fā)明的具體技術方案如下:一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，包括以下步驟:
I)在CAD軟件CATIA V5中根據(jù)零件和模具數(shù)模設計一件毛料，盡量保證毛料大于零件面積； 2)在CAE軟件PAMSTAMP2G中，對毛料進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析；
3)計算結束后，毛料完全貼合在模具數(shù)模上，在后處理模塊中激活成形階段的最后一步模擬結果，導入零件邊緣線，二者進行比較，若邊緣線在成形毛料范圍內，則把邊緣線按法向方向投影于毛料上，若邊緣線超出毛料范圍，則返回步驟1，重新調整毛料尺寸；
4)激活模擬結果中成形階段的第一步，投影在成形毛料上的邊緣線逆著橡皮囊成形工藝過程展平為實際成形需要的初始準確坯料的邊緣線；
5)將坯料邊緣線輸出為IGS文件，供數(shù)控銑切或激光切割等下料工序使用。
[0009]所述的步驟2中進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析，具體需要進行如下步驟:
1)在前處理模塊中新建任務，導入模具和毛料IGS文件，進行網(wǎng)格劃分；
2)建立系統(tǒng)成形坐標系，Z軸正方向為橡皮囊成形方向，不以全局坐標系為參考；
3)根據(jù)模具型面派生蓋板；
4)調整法線方向，板料法線方向與成形方向相反，模具和蓋板法向指向板料；
5)對板料屬性定義；
6)設置完成后，提交求解。
[0010]該橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法基于材料的真實屬性，并在優(yōu)化的工藝參數(shù)和邊界條件下經(jīng)歷了實際的橡皮囊成形工藝過程，產(chǎn)生的拉伸和壓縮塑性變形最接近于現(xiàn)實生產(chǎn)中的狀態(tài)，因而采用該方法制備的坯料外形準確合理，無修邊余量，便于實現(xiàn)精準成形，有利于提高生產(chǎn)效率和零件質量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法流程圖。
[0012]圖2為粗制的毛料示意圖。
[0013]圖3為橡皮囊成形數(shù)值模擬分析有限元模型；
圖4為成形毛料與零件邊緣比較示意圖。
[0014]圖5為最終確定的邊緣線。
[0015]其中I為模具、2為毛料、3為系統(tǒng)局部坐標系、4為全局坐標系、5為蓋板、6為成形毛料邊緣線、7為零件邊緣線。

【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，包括以下步驟:
1)在CAD軟件CATIAV5中根據(jù)零件和模具數(shù)模設計一件毛料，如圖2所示，盡量保證毛料大于零件面積；
2)在CAE軟件PAMSTAMP2G中，對毛料進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析，其數(shù)值模型裝配關系如圖3所；
2.1)在前處理模塊中新建任務，導入模具和毛料IGS文件，進行網(wǎng)格劃分，采用自適應網(wǎng)格，模具網(wǎng)格為3mm，板料網(wǎng)格2mm;
2.2)建立系統(tǒng)成形坐標系3，Z軸正方向為橡皮囊成形方向，不以全局坐標系為參考； 2.3)根據(jù)模具型面派生蓋板5，即模具上方為毛料，毛料上方為蓋板；
2.4)調整法線方向，板料法線方向與成形方向相反，模具和蓋板法向指向板料； 2.5)對板料屬性定義:材料:2B06，0狀態(tài)，厚度δ 1.0mm，正交各向異性材料模型；主要邊界條件:三部件皆為B-T殼單元，模具和蓋板為剛體，板料與蓋板、板料與模具之間摩擦系數(shù)為0.3，最大成形壓力30MPa，為簡化模型，忽略橡皮墊的影響，直接將壓力施加在板料上;
2.6)設置完成后，提交求解；
3)計算結束后，毛料完全貼合在模具數(shù)模上，在后處理模塊中激活成形階段的最后一步模擬結果，如圖4中6所示的成形毛料邊緣線，導入零件邊緣線7，二者進行比較，若邊緣線在成形毛料范圍內，則把邊緣線按法向方向投影于毛料上，若邊緣線超出毛料范圍，則返回步驟I，重新調整毛料尺寸；
4)激活模擬結果中成形階段的第一步，投影在成形毛料上的邊緣線逆著橡皮囊成形工藝過程展平為實際成形需要的初始準確坯料的邊緣線，如圖5所示；
5)將坯料邊緣線輸出為IGS文件，供數(shù)控銑切或激光切割等下料工序使用。
【權利要求】
1.一種橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在CAD軟件CATIAV5中根據(jù)零件和模具數(shù)模設計一件毛料，盡量保證毛料大于零件面積； 2)在CAE軟件PAMSTAMP2G中，對毛料進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析； 3)計算結束后，毛料完全貼合在模具數(shù)模上，在后處理模塊中激活成形階段的最后一步模擬結果，導入零件邊緣線，二者進行比較，若邊緣線在成形毛料范圍內，則把邊緣線按法向方向投影于毛料上，若邊緣線超出毛料范圍，則返回步驟1，重新調整毛料尺寸； 4)激活模擬結果中成形階段的第一步，投影在成形毛料上的邊緣線逆著橡皮囊成形工藝過程展平為實際成形需要的初始準確坯料的邊緣線； 5)將坯料邊緣線輸出為IGS文件，供數(shù)控銑切或激光切割等下料工序使用。
2.如權利要求1所述的橡皮囊成形薄壁零件的坯料制備方法，其特征在于:所述的步驟2中進行橡皮囊工藝精準成形模擬分析，具體需要進行如下步驟: 1)在前處理模塊中新建任務，導入模具和毛料IGS文件，進行網(wǎng)格劃分； 2)建立系統(tǒng)成形坐標系，Z軸正方向為橡皮囊成形方向，不以全局坐標系為參考； 3)根據(jù)模具型面派生蓋板； 4)調整法線方向，板料法線方向與成形方向相反，模具和蓋板法向指向板料； 5)對板料屬性定義； 6)設置完成后，提交求解。
【文檔編號】G06F17/50GK104392016SQ201410464771
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權日:2014年9月15日
【發(fā)明者】朱麗 申請人:沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司