銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)

馬瑛劍

（中航通飛華南飛機(jī)工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040）

傳統(tǒng)構(gòu)件工裝是根據(jù)設(shè)計(jì)人員的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)工裝選擇，但結(jié)果往往不太盡人意，常常出現(xiàn)裝配工裝安裝精度低、維護(hù)性低等情況，因此提出銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)。

1 搭建銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化模型

（1）搭建銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化平臺(tái)。銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析平臺(tái)是金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析模型的重要載體，該平臺(tái)主要由構(gòu)件接入端、構(gòu)件識(shí)別端、數(shù)據(jù)輸出端三個(gè)部分組成。構(gòu)件接入端的作用是接入銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件，連接設(shè)計(jì)人員平臺(tái)和構(gòu)件識(shí)別端口，將識(shí)別的構(gòu)件形狀數(shù)據(jù)、參數(shù)向量進(jìn)行載入，為數(shù)據(jù)輸出端運(yùn)行儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出端包括三臺(tái)服務(wù)器，即數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、參數(shù)計(jì)算服務(wù)器、構(gòu)件分析服務(wù)器。其中參數(shù)計(jì)算服務(wù)器接入的數(shù)據(jù)，用于計(jì)算各個(gè)工序所需的工裝參數(shù)，其數(shù)據(jù)的運(yùn)算規(guī)則采用數(shù)字化算法進(jìn)行計(jì)算。構(gòu)件分析服務(wù)器對(duì)參數(shù)計(jì)算服務(wù)器輸出的結(jié)果進(jìn)行模擬，模擬各個(gè)工序所需工裝特性，最后通過(guò)輸出端數(shù)據(jù)顯示，完成銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析[1]。搭建的銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析平臺(tái)示意圖，如圖1所示。

圖1 銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析平臺(tái)框架圖

（2）引入銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝。銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，即構(gòu)件在生產(chǎn)加工中的各個(gè)工序加工流程，通過(guò)生產(chǎn)工藝確保構(gòu)件在并行工作模式下，完成整體的制造，檢測(cè)，裝配等生產(chǎn)全過(guò)程[2]。銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，一般包括軋制、鍛造、板材沖壓，擠壓以及拉拔等四個(gè)工藝流程。通過(guò)將各個(gè)工藝分別引入搭建的構(gòu)件分析平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件分析模型。

首先錄入軋制力函數(shù)，函數(shù)公式如下所示：

該方程為無(wú)摩擦情況下，軋制力的函數(shù)變化情況，其中Yavg為復(fù)合材料構(gòu)件受軋制時(shí)，產(chǎn)生的平均真應(yīng)力，L為構(gòu)件的長(zhǎng)度，W為構(gòu)件的重量，通過(guò)計(jì)算，獲取構(gòu)件在進(jìn)行軋制工藝時(shí)，所需的軋制力。然后引入多種鍛造工藝，錄入后，平臺(tái)會(huì)根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際情況，自動(dòng)選擇適用的鍛造工藝，經(jīng)過(guò)鍛造后的構(gòu)件，其強(qiáng)度和韌性更高。接下來(lái)引入板材沖壓工藝，經(jīng)過(guò)沖壓后，使得構(gòu)件具有重量輕、形狀多變等優(yōu)點(diǎn)，提高了構(gòu)件的實(shí)用性。最后引入擠壓以及拉拔工藝流程，通過(guò)在平臺(tái)中引入銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析模型的搭建。

2 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝的設(shè)計(jì)

首先通過(guò)獲得銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料的原始構(gòu)件數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位數(shù)據(jù)來(lái)源，即數(shù)據(jù)代表銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件的相關(guān)形狀信息，來(lái)反映銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件的物理幾何屬性，為數(shù)字化設(shè)計(jì)工裝提供基礎(chǔ)參數(shù)。同時(shí)結(jié)合銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料中間數(shù)據(jù)，根據(jù)銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件加工要求，利用數(shù)字化技術(shù)，自動(dòng)生成工裝初步三維圖。工裝初步三維圖中包括，剖面結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)等。最后依托生成的工裝三維圖，獲取銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料工裝各項(xiàng)數(shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)件的最終分析數(shù)據(jù)，對(duì)工裝進(jìn)行稍加修改，完成工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)。通過(guò)搭建銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析平臺(tái)，引入銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，完成銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)。

3 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證本文提出的銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)的有效性，進(jìn)行試驗(yàn)分析。由于現(xiàn)實(shí)進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)會(huì)造成大量材料浪費(fèi)，因此采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式，進(jìn)行有效性驗(yàn)證。

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度，采用硬件完全相同的2臺(tái)設(shè)備，作為試驗(yàn)工具。同時(shí)搭載science仿真軟件，模擬10個(gè)不同規(guī)格的銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件的加工流程。其中一臺(tái)設(shè)備將模擬的構(gòu)件，利用標(biāo)準(zhǔn)工裝進(jìn)行仿真加工，另一臺(tái)設(shè)備模擬的構(gòu)件，利用本文數(shù)字化設(shè)計(jì)的工裝進(jìn)行仿真加工，將加工完成的模擬構(gòu)件進(jìn)行對(duì)比。10個(gè)模擬構(gòu)件完成加工后，進(jìn)行幾何誤差檢測(cè)，設(shè)置檢測(cè)工序以及工序加工尺寸偏差如表1所示。

表1 試驗(yàn)參數(shù)

3.2 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)后，將基于兩種工裝輔助加工下，構(gòu)件加工幾何誤差結(jié)果進(jìn)行匯總，匯總數(shù)據(jù)為10個(gè)構(gòu)件各個(gè)工序加工誤差的平均值，匯總結(jié)果如表2所示。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工裝輔助構(gòu)件加工，會(huì)導(dǎo)致部分加工工序產(chǎn)生的幾何誤差大于構(gòu)件加工尺寸要求，影響構(gòu)件的加工質(zhì)量。本文設(shè)計(jì)的工裝，能夠有效降低構(gòu)件加工誤差，提高構(gòu)件加工質(zhì)量，同時(shí)減少了不必要的標(biāo)準(zhǔn)工裝浪費(fèi)，具有切實(shí)的可行性。

4 總結(jié)

本文提出了雙金屬?gòu)?fù)合交通軌道的幾何誤差測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)搭建銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件分析平臺(tái)，引入銅包鋁雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，完成本文提出的設(shè)計(jì)。試驗(yàn)分析證明，本文提出的數(shù)字化工裝設(shè)計(jì)，能夠有效降低構(gòu)件加工誤差，提高構(gòu)件加工質(zhì)量，希望本文能為雙金屬?gòu)?fù)合材料構(gòu)件工裝設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。