[发明专利]一种针对复材成型回弹的补偿方法及可调成型面的模具

说明书

本发明涉及一种针对复材成型回弹的补偿方法及可调成型面的模具，综合解决了基于半径该变量算法补偿精度低和SGD算法计算量大的缺点；开发了一种实现“调控点从初始点到补偿点(点对点)调整”的可调控型面模具，将设计曲面上所选取的调控点准确无误的调整到补偿曲面上由理论计算得到的对应位置，利用复合材料型面弱刚性材料特点和较为有限的型面调控点、固定点结合来支撑成型面的，相比于现有的可调模具，调控点数量大大减小，结构更为简化，满足小批量生产要求；均采用机械结构，满足热压罐成型的工作环境，可靠性更高；成型曲面不产生大的拉伸和压缩，更加光滑；优化了调控点，以减小调控点的应力集中。

技术领域

本发明属于模具技术领域，特别涉及一种针对复材成型回弹的补偿方法及可调成型面的模具。

背景技术

复合材料蒙皮是现代飞机的主要构件，广泛用于机翼和机身，具有生产批量小，外形品种多，尺寸差异大等特点。其在传统生产中一般使用刚性模具，通过热隔膜成型的方法对复合材料进行加工。这种生产是在反复试验的基础上调整和修整模具，以抵消复合材料脱模后回弹变形的影响。一般制造实体模具的时间占到了研制周期的60％到80％，工装数量多，显然该方法既浪费时间又浪费材料，随着飞机工业的发展与进步，传统的试错法与模具制造技术已经不能满足生产速度与效益的要求。

鉴于上述刚性模具的缺陷，可调柔性模具应运而生。国内外专家学者对可调模具方面的研究经历了概念设计，原理性试验，工艺验证等阶段，其中最主要的是针对复合材料成型过程中回弹变形的补偿方法和基于方法开发的可调控模具的研究。

1)现有回弹补偿方法

回弹补偿即根据复合材料构件在成型过程中的回弹变形，去调整模具，对模具成型面进行补偿，使得利用补偿后的补偿曲面成型的构件刚好与设计值相同。回弹补偿的大小和方向需要由回弹补偿方法来确定。现有的回弹补偿方法多为根据在回弹构件上选取的节点与在模具初始成型面上与之对应节点的位置差异，利用不同算法来进行回弹补偿。

现有比较典型的算法有基于半径该变量的算法和SGD(shape globaldeformation)算法(韩志仁,杨攀,佟刚,项松.基于型面节点的复合材料构件模具型面修正研究.航空制造技术,2017(04):16-19.聂昕,成艾国,申丹凤,钟志华.型面修改的新算法SGD及其在回弹补偿中的应用.中国机械工程,2008,19(24):2972-2976)，但两种算法各有不足，前者计算精度低，后者计算复杂，不适合小批量生产。

2)现有可调型面模具

在实际生产中，可调模具为完成回弹补偿的具体实施机构。现有的针对复合材料的可调柔性模具多为多点调控柔性模具，它是由一系列高度可调、排列规则的小冲头构成的可形成离散曲面的模具。其基本思想是采用离散的点拟合模具的三维型面,通过调整小冲头的高度可以得到不同的模具型面。

现有典型可调模具为耦合式柔性多点模具——按照构型外包络面调整各调控点处小冲头的高度构造出模具型面并成形复材；另一种为“三明治”成形柔性多点模具——它在小冲头上铺有弹性垫板以使下模的小冲头间存在一定间距而非紧密排布。

上述补偿算法存在计算量与成型精度不能同时满足的问题。上述多点调控柔性模具的每个冲头一般只能沿竖直y方向做单向调整，而对于任意一种回弹补偿算法，在设计曲面上所选的调控点的补偿都应该是在两个甚至三个方向上的，否则会在成型面内产生严重的应力，使得成型面很不光滑，当设计曲面斜率较大时甚至不能成型。具体可参考图1，可以看到调控点在调控后并没有到达理论计算的位置。此外，由于多点调控柔性模具的初始设计型面是由一个个冲头支撑固定的，所以需要排列相当多的冲头以保证成型面的连续，这将使模具的机械结构和调控装置变得很复杂，对于生产飞机中小批量的复合材料构件来说成本上升，丧失了可调模具的优势，同时也降低了其可靠性。此外，当采用通常的热压罐方法成型时，高温高压的工作环境对电机使用的限制也会大大增加人工调整冲头的工作量。

发明内容