[发明专利]提高锥形薄壁高筋构件空间包络成形精度的包络模补偿方法

说明书

本发明涉及一种提高锥形薄壁高筋构件空间包络成形精度的包络模补偿方法，包括以下步骤：S1、建立直角坐标系；S2、确定锥形薄壁高筋构件与包络模曲面方程；S3、确定包络模表面一点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点A”(xsubgt;t/subgt;',ysubgt;t/subgt;',zsubgt;t/subgt;')坐标；S4、判断包络模该点在包络成形过程中和锥形薄壁高筋构件是否发生干涉；S5、若包络模表面一点在运动过程中与锥形薄壁高筋构件不发生干涉，保留该点，否则将该点沿其法向往内侧偏移微小距离，如果继续干涉继续偏移，直至干涉消失；将包络模所有表面点均进行干涉判断与补偿，得到无干涉的包络模。本发明可高效实现任意锥形薄壁高筋构件空间包络成形包络模设计，具有很强的通用性和实用性。

技术领域

本发明涉及锥形薄壁高筋构件成形领域，更具体地说，涉及一种提高锥形薄壁高筋构件空间包络成形精度的包络模补偿方法。

背景技术

薄壁高筋构件质量轻、刚度高、强度高、承载能力强，是航空航天装备关键主承力构件，主要用于制造火箭舱体和燃料储箱、飞机机身和机翼等结构件。但薄壁高筋构件外形尺寸大、形状复杂，生产制造比较困难。

目前主要的加工方法有铣削、精密铸造、焊接等，然而这些工艺存在材料利用率低，加工成本高，制造的零件性能不理想且使用寿命低等诸多缺陷。传统锻造工艺虽然能高效率、低成本地制造高性能零件，但受限于锻压机的吨位不足和材料难以充填等问题无法直接用来成形薄壁高筋构件。

空间包络成形方法是通过连续局部塑性变形实现构件整体成形的先进制造技术，特别适合成形薄壁构件。在空间包络成形过程中，利用包络模回转运动以及构件不均匀受力，可以成形锥形薄壁高筋构件。在空间包络成形过程中，包络模对锥形薄壁高筋构件产生干涉，从而影响精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高锥形薄壁高筋构件空间包络成形精度的包络模补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高锥形薄壁高筋构件空间包络成形精度的包络模补偿方法，锥形薄壁高筋构件包括弧形的腹板和位于腹板一侧的筋板，包络模用于成形锥形薄壁高筋构件，包括以下步骤：

S1、建立直角坐标系，将锥形薄壁高筋构件锥顶点作为坐标原点O，以通过坐标原点的主轴中心线为z轴，以包络模进给方向为z轴负向，建立直角坐标系O-xyz；

S2、确定锥形薄壁高筋构件与包络模曲面方程；

S3、确定包络模表面一点A′(x′,y′,z′)在空间包络成形过程中的轨迹点A”(x_t',y_t',z_t')坐标；

S4、判断包络模该点表面一点A′(x′,y′,z′)在包络成形过程中和锥形薄壁高筋构件是否发生干涉，判断方法为：当包络模表面一点运动过程中位于锥形薄壁高筋构件实体内部，此时该点A′(x′,y′,z′)存在干涉；

S5、若包络模表面一点A′(x′,y′,z′)在运动过程中与锥形薄壁高筋构件不发生干涉，保留该点A′(x′,y′,z′)，否则将该点A′(x′,y′,z′)沿其法向往内侧偏移微小距离，如果继续干涉继续偏移，直至干涉消失；将包络模所有表面点均进行干涉判断与补偿，得到无干涉的包络模。

上述方案中，锥形薄壁高筋构件与包络模曲面方程获取方法为：

锥角为180°时薄壁高筋构件由平面组成，任取一平面得其平面方程为Ax+By+Cz+D＝0，对应的锥形薄壁高筋构件曲面方程为f(x”,y”,z”)＝0，包络模曲面方程为f(x',y',z')＝0；得到锥形薄壁高筋构件与包络模曲面方程的计算方程如公式(1)所示：

式中，θ是锥形薄壁高筋构件锥角补角的二分之一，γ是包络模锥角补角的二分之一。