復雜飛機蒙皮拉伸成形模具設計方法分析

李云鵬

摘 要：飛機是一個國家工業的重要體現，蒙皮是飛機中的重要組件，為保證飛機蒙皮的強度和成型在蒙皮的生產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計缺乏實用、詳細的設計情況，致使飛機蒙皮毛料拉形過程中使得蒙皮拉伸時的延伸率不盡相同從而影響飛機蒙皮拉伸后的性能。文章在分析飛機蒙皮拉伸成形特點的基礎上提出了一種基于“截面線等長”的拉形模型面設計方法，在飛機蒙皮拉伸成形的過程中通過工藝補充設計從而使得飛機蒙皮拉伸成形時模具沿著各個拉伸方向上的截面線長度盡可能的相差不大，而后再通過工藝補充面的曲率和切向的調整從而使得飛機蒙皮毛料在拉伸時應力分布更為均勻。

關鍵詞：飛機蒙皮拉伸成形；模具設計；模擬分析

中圖分類號：V261 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）22-0091-02

前言

拉形模主要被應用于飛機蒙皮等種類零件的拉形加工中，通過飛機蒙皮拉伸成形可以使得飛機蒙皮毛料形成表面光滑、曲率較大的成型蒙皮。在以往拉形模的設計中往往是根據設計人員的經驗進行對比類的設計，在加上一些零件理論外形設計指導原則構成了對于飛機蒙皮拉伸成形模型的型面設計。以往的飛機蒙皮拉伸成形模型的設計較為粗略，與現今高速發展的飛機蒙皮制造需求不相適宜。傳統的經驗飛機蒙皮拉伸成形模具型面會使得飛機蒙皮毛料變形較大，需要修改甚至嚴重的直接導致蒙皮報廢。在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中應當積極引入有限元設計方法，通過對飛機蒙皮拉伸成形模具的模擬仿真在提高飛機蒙皮拉伸成形模具設計質量的同時縮短飛機蒙皮拉伸成形模具的設計周期。

1 飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計方法

在飛機蒙皮拉伸成型中，多采用的是夾口夾緊矩形飛機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，材料的流動受到了極大的制約將不利于材料變形能力的體現。在飛機蒙皮拉伸成形的過程中，材料的應變對于飛機蒙皮拉伸成形質量有著極為重要的影響，在飛機蒙皮拉伸成形過程中所出現的破裂、滑移線等的缺陷都與材料的不均勻變形密切相關。因此，在飛機蒙皮拉伸成形的過程中需要盡可能的確保變形的均勻性。而為實現這一目標在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中應當做好飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計。“截面線等長”飛機蒙皮拉伸成形模具設計方法其核心原則是確保飛機蒙皮毛料在與飛機蒙皮拉伸成形模具型面貼緊時沿著飛機蒙皮毛料拉伸方向截面線上的長度應當趨于一致。在飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計過程中應當遵循以下的設計過程：（1）首先建立起飛機蒙皮拉伸成形模具的空間坐標系。飛機蒙皮拉伸成形模具設計時在零件的絕對坐標系中生成，在飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計過程中要確保型面切向的連續性，并在飛機蒙皮拉伸成形模具的邊緣部分的切向對工藝補充面的走向進行補償，以使得飛機蒙皮毛料沿著模具型面方向進行飛機蒙皮拉伸成形作業時的截面線的長度和形狀得到保證。此外，飛機蒙皮毛料的拉伸時對于飛機蒙皮毛料的裝夾要求與夾鉗方向的截面線盡可能的水平，而這些都要求飛機蒙皮拉伸成形模具具有一個較為良好的空間姿態，而對飛機蒙皮拉伸成形模具建立起一個良好的坐標系是基礎。（2）做好內部工藝補充面的建立，并注意做好對于飛機蒙皮的修整。在對復雜飛機蒙皮毛料拉伸過程中，飛機蒙皮的內部及邊緣部分往往是不規則或是不完整的，因此，在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中需要對這些部位進行相應的修補，以確保飛機蒙皮在拉伸成形的過程中曲面切向連續，避免尖角等影響飛機蒙皮拉伸質量的飛機蒙皮拉伸成形模具型面缺陷。（3）建立起外圍工藝補充面。在飛機蒙皮拉伸成形模具工藝補充面的建立過程中要確保飛機蒙皮拉伸成形模具型面的光滑，通過對工藝補充面進行調整，使得各處的截面線長度基本相等。（4）做好飛機蒙皮拉伸成形仿真，并通過對仿真模型進行分析從而對模具型面進行一定的調整。在上述飛機蒙皮拉伸成形模具設計步驟完成后能夠確保飛機蒙皮拉伸成形模具各截面線上的長度是基本一致的，但是這一截面線長度的一致性并不能確保飛機蒙皮拉伸成形后應變的均勻分布。在飛機蒙皮拉伸成形模具型面的設計過程中還應當注意飛機蒙皮拉伸成形模具型面局部的曲率、起伏程度等情況對飛機蒙皮毛料拉伸成形后質量的影響。這就需要對飛機蒙皮拉伸成形模具建立起相應的模型，通過對模型進行分析評估從而對飛機蒙皮拉伸成形模具型面進行一定的調整。在對飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計的過程中需要對上述設計順序進行循環重復以便獲得良好的飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計質量。

2 飛機蒙皮拉伸成形模具設計應用實例

某機型上的飛機蒙皮拉伸件其結構如圖1所示。此模型采用的是對稱設計，為實現這一零部件的加工，在加工方式上采用的是拉伸成形的加工方式，飛機蒙皮拉伸成形模具在設計時選用的是帶上壓的S型模具，用以實現對飛機蒙皮拉伸成形。在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中首先應當建立起正確的空間姿態，某零件的頂部略呈弓狀彎曲，在小圓角區域向內側彎曲，同時側壁區域向內凹，因此在加工上需要采用上壓模具以使得飛機蒙皮毛料能夠與其相貼合。此外，在飛機蒙皮拉伸成形模具設計過程中應當注意S型模具的弦深比，避免弦深比過小而導致上壓裝置的載荷過大，在飛機蒙皮拉伸成形設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，在飛機蒙皮拉伸成形模具設計過程中需要做好模具內部工藝補充面的建立，在這一工件中，其內部工藝面建立的主要目的是為了填補零件內部的不規則邊緣因此在飛機蒙皮拉伸成形模具設計時要注意做好對于“空洞”區域的修補。以此零件為例，建立工藝補充面能夠將此零件兩側曲面的過渡連接在一起對周邊區域進行補充從而使得飛機蒙皮拉伸成后更為連續、光滑。在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中，應注意完成對于飛機蒙皮拉伸成形模具側面及圓角的建立，通過在飛機蒙皮拉伸成形模具沿著拉伸方向建立起7條截面線，這些截面線的長度在“初始設計長度”中有所標注。而后根據已設計的拉形模型面來生成上壓模具型面。在完成了對于飛機蒙皮拉伸成形模具的初步設計后，應當通過對飛機蒙皮拉伸成形模具進行仿真以便對飛機蒙皮拉伸成形模具可靠性進行分析驗證。在將飛機蒙皮拉伸成形的工藝參數輸入到仿真軟件中并進行相應的仿真計算。在完成對于所設計的飛機蒙皮拉伸成形模具的拉形仿真結果的基礎上對拉形質量進行分析，對于飛機蒙皮拉伸成形質量的分析，針對飛機蒙皮拉伸成形仿真結果中出現塑性較大應變的區域對飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計進行一定的修改，以減小或是消除這一區域的變形。而后對修改完成后的飛機蒙皮拉伸成形模具設計再次建立分析模型用以分析模具修改后的塑性區域。驗證飛機蒙皮拉伸成形模具設計的可靠性。在此次飛機蒙皮的拉伸成形中，關鍵是要做好對于飛機蒙皮模型的設計，為做好對于蒙皮模具的設計傳統的模具設計和加工方法無法滿足相應的加工需求。在復雜模具型面的設計和加工過程中需要對傳統的加工工藝進行改進，通過詳細而有效的模具型面設計方法來完成對于模具的精確設計，以便使得飛機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”模具型面設計方法在確保蒙皮拉伸均勻變形方面得到了良好的控制。在模具設計的過程中，通過使用有限元仿真模具設計來作為模具設計的重要輔助手段以此來對所設計的模具型面進行合理性驗證，通過實踐證明，在復雜蒙皮的拉伸過程中通過將“截面線等長”設計方法與有限元輔助建模技術相結合將會使得復雜蒙皮拉形模具的設計更為簡便、高效。

3 結束語

飛機蒙皮拉伸成形模具型面設計是飛機蒙皮拉伸成形質量的重要基礎。由于飛機蒙皮拉伸成形模具具有較為復雜的空間結構，在飛機蒙皮拉伸成形模具的設計過程中為了更好的使得飛機蒙皮毛料拉伸受力均勻通過采用“截面線等長”的設計方法，通過補償以使得飛機蒙皮毛料在貼模后各截面的延伸率盡可能的接近。

參考文獻：

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