[发明专利]一种橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于有限元数值模拟的橡皮囊成形薄壁零件的精确坯料制备方法，属于塑性加工技术领域。

背景技术

橡皮囊成形时利用橡皮囊作为弹性凹模或凸模，领用液体作用为传压介质使金属板材按刚性凸模或凹模加压成形的方法。该工艺的主要优点：可成形复杂形状零件；可部分取代刚性模弯边和拉伸等工艺方法，缩短了生产准备周期；成形过程中模具应力集中与冲击现象少，模具材料要求不高；在高压和摩擦力的作用下，材料的塑性可得到充分发挥，由于厚度变化比较均匀，材料内部损伤降低，显著提高零件成形质量和结构可靠性。橡皮囊成形方法在飞机制造领域得到了广泛应用。

对于橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法，一般为：

方法一：对于外形曲率不太大的钣金零件，如框、肋、腹板等，一般按模线制造的展开样板或图板上的展开图计算出的尺寸制造零件的展开件；按数模制造的零件，可在CAD软件的展开模块中直接展开。

方法二：对于钣金零件有曲率较大的凸弯边或凹弯边，或者同时具有凸凹弯边时，由于零件在形成过程中，材料有部分收缩或拉伸，因此造成弯边高度达不到零件规定的公差范围，展开样板很难计算准确。一般方法是用铝板毛料制取一件合格零件后，将局部收缩或拉伸部位剪开并展平，作为制取展开样板的依据，按此样板制成展开件来成形零件，经几次试压后，直至成形处合格零件时，就将此样板确定为正式样板用于生产。

方法三：利用有限元软件中的板料反应模块，“一步法”反求坯料。

随着现代飞机气动力外形要求越来越高，在实际设计与生产中复杂型面零件越来越多，方法一基于几何算法，只可以解决形状简单零件的下料问题，方法二增加了太多人工操作，并依赖人工经验较多，准确度不足，影响生产效率；方法三虽然包括了材料属性，效率较高，但是由于没有基于实际成形工艺过程，不包括材料在受力时产生的拉伸和压缩等复杂的形式变形，导致复杂曲面的展开料不准确和无法展开等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法，该方法基于材料的真实属性，并在优化的工艺参数和边界条件下经历了实际的橡皮囊成形工艺过程，产生的拉伸和压缩最接近与现实生产中的状态，因而采用该方法制备的坯料外形准确合理，无修边余量，便于实现精准成形，由于提高生产效率和零件质量。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法，包括以下步骤：

1）在CAD软件CATIA V5中根据零件和模具数模设计一件毛料，尽量保证毛料大于零件面积；

2）在CAE软件PAMSTAMP2G中，对毛料进行橡皮囊工艺精准成形模拟分析；

3）计算结束后，毛料完全贴合在模具数模上，在后处理模块中激活成形阶段的最后一步模拟结果，导入零件边缘线，二者进行比较，若边缘线在成形毛料范围内，则把边缘线按法向方向投影于毛料上，若边缘线超出毛料范围，则返回步骤1，重新调整毛料尺寸；

4）激活模拟结果中成形阶段的第一步，投影在成形毛料上的边缘线逆着橡皮囊成形工艺过程展平为实际成形需要的初始准确坯料的边缘线；

5）将坯料边缘线输出为IGS文件，供数控铣切或激光切割等下料工序使用。

所述的步骤2中进行橡皮囊工艺精准成形模拟分析，具体需要进行如下步骤：

1）在前处理模块中新建任务，导入模具和毛料IGS文件，进行网格划分；

2）建立系统成形坐标系，Z轴正方向为橡皮囊成形方向，不以全局坐标系为参考；

3）根据模具型面派生盖板；

4）调整法线方向，板料法线方向与成形方向相反，模具和盖板法向指向板料；

5）对板料属性定义；

6）设置完成后，提交求解。

该橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法基于材料的真实属性，并在优化的工艺参数和边界条件下经历了实际的橡皮囊成形工艺过程，产生的拉伸和压缩塑性变形最接近于现实生产中的状态，因而采用该方法制备的坯料外形准确合理，无修边余量，便于实现精准成形，有利于提高生产效率和零件质量。

附图说明

图1为橡皮囊成形薄壁零件的坯料制备方法流程图。

图2为粗制的毛料示意图。

图3为橡皮囊成形数值模拟分析有限元模型；

图4为成形毛料与零件边缘比较示意图。

图5为最终确定的边缘线。

其中1为模具、2为毛料、3为系统局部坐标系、4为全局坐标系、5为盖板、6为成形毛料边缘线、7为零件边缘线。