复杂飞机蒙皮拉伸成形模具设计方法探讨范文

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摘要：飞机是一个国家工业的重要体现，蒙皮是飞机中的重要组件，为保证飞机蒙皮的强度和成型在蒙皮的生产中需要采用蒙皮拉伸成形工艺。在以往的蒙皮拉伸成形工艺中拉形模的设计缺乏实用、详细的设计情况，致使飞机蒙皮毛料拉形过程中使得蒙皮拉伸时的延伸率不尽相同从而影响飞机蒙皮拉伸后的性能。文章在分析飞机蒙皮拉伸成形特点的基础上提出了一种基于“截面线等长”的拉形模型面设计方法，在飞机蒙皮拉伸成形的过程中通过工艺补充设计从而使得飞机蒙皮拉伸成形时模具沿着各个拉伸方向上的截面线长度尽可能的相差不大，而后再通过工艺补充面的曲率和切向的调整从而使得飞机蒙皮毛料在拉伸时应力分布更为均匀。

关键词：飞机蒙皮拉伸成形；模具设计；模拟分析

前言

拉形模主要被应用于飞机蒙皮等种类零件的拉形加工中，通过飞机蒙皮拉伸成形可以使得飞机蒙皮毛料形成表面光滑、曲率较大的成型蒙皮。在以往拉形模的设计中往往是根据设计人员的经验进行对比类的设计，在加上一些零件理论外形设计指导原则构成了对于飞机蒙皮拉伸成形模型的型面设计。以往的飞机蒙皮拉伸成形模型的设计较为粗略，与现今高速发展的飞机蒙皮制造需求不相适宜。传统的经验飞机蒙皮拉伸成形模具型面会使得飞机蒙皮毛料变形较大，需要修改甚至严重的直接导致蒙皮报废。在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中应当积极引入有限元设计方法，通过对飞机蒙皮拉伸成形模具的模拟仿真在提高飞机蒙皮拉伸成形模具设计质量的同时缩短飞机蒙皮拉伸成形模具的设计周期。

1飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计方法

在飞机蒙皮拉伸成型中，多采用的是夹口夹紧矩形飞机蒙皮毛料的边缘拉紧后使得矩形蒙皮贴近模具从而获得模具表面所具有的型面形状。在这种加工方式下，材料的流动受到了极大的制约将不利于材料变形能力的体现。在飞机蒙皮拉伸成形的过程中，材料的应变对于飞机蒙皮拉伸成形质量有着极为重要的影响，在飞机蒙皮拉伸成形过程中所出现的破裂、滑移线等的缺陷都与材料的不均匀变形密切相关。因此，在飞机蒙皮拉伸成形的过程中需要尽可能的确保变形的均匀性。而为实现这一目标在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中应当做好飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计。“截面线等长”飞机蒙皮拉伸成形模具设计方法其核心原则是确保飞机蒙皮毛料在与飞机蒙皮拉伸成形模具型面贴紧时沿着飞机蒙皮毛料拉伸方向截面线上的长度应当趋于一致。在飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计过程中应当遵循以下的设计过程：

（1）首先建立起飞机蒙皮拉伸成形模具的空间坐标系。飞机蒙皮拉伸成形模具设计时在零件的绝对坐标系中生成，在飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计过程中要确保型面切向的连续性，并在飞机蒙皮拉伸成形模具的边缘部分的切向对工艺补充面的走向进行补偿，以使得飞机蒙皮毛料沿着模具型面方向进行飞机蒙皮拉伸成形作业时的截面线的长度和形状得到保证。此外，飞机蒙皮毛料的拉伸时对于飞机蒙皮毛料的装夹要求与夹钳方向的截面线尽可能的水平，而这些都要求飞机蒙皮拉伸成形模具具有一个较为良好的空间姿态，而对飞机蒙皮拉伸成形模具建立起一个良好的坐标系是基础。

（2）做好内部工艺补充面的建立，并注意做好对于飞机蒙皮的修整。在对复杂飞机蒙皮毛料拉伸过程中，飞机蒙皮的内部及边缘部分往往是不规则或是不完整的，因此，在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中需要对这些部位进行相应的修补，以确保飞机蒙皮在拉伸成形的过程中曲面切向连续，避免尖角等影响飞机蒙皮拉伸质量的飞机蒙皮拉伸成形模具型面缺陷。

（3）建立起外围工艺补充面。在飞机蒙皮拉伸成形模具工艺补充面的建立过程中要确保飞机蒙皮拉伸成形模具型面的光滑，通过对工艺补充面进行调整，使得各处的截面线长度基本相等。（4）做好飞机蒙皮拉伸成形仿真，并通过对仿真模型进行分析从而对模具型面进行一定的调整。在上述飞机蒙皮拉伸成形模具设计步骤完成后能够确保飞机蒙皮拉伸成形模具各截面线上的长度是基本一致的，但是这一截面线长度的一致性并不能确保飞机蒙皮拉伸成形后应变的均匀分布。在飞机蒙皮拉伸成形模具型面的设计过程中还应当注意飞机蒙皮拉伸成形模具型面局部的曲率、起伏程度等情况对飞机蒙皮毛料拉伸成形后质量的影响。这就需要对飞机蒙皮拉伸成形模具建立起相应的模型，通过对模型进行分析评估从而对飞机蒙皮拉伸成形模具型面进行一定的调整。在对飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计的过程中需要对上述设计顺序进行循环重复以便获得良好的飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计质量。

2飞机蒙皮拉伸成形模具设计应用实例

某机型上的飞机蒙皮拉伸件其结构如图1所示。此模型采用的是对称设计，为实现这一零部件的加工，在加工方式上采用的是拉伸成形的加工方式，飞机蒙皮拉伸成形模具在设计时选用的是带上压的S型模具，用以实现对飞机蒙皮拉伸成形。在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中首先应当建立起正确的空间姿态，某零件的顶部略呈弓状弯曲，在小圆角区域向内侧弯曲，同时侧壁区域向内凹，因此在加工上需要采用上压模具以使得飞机蒙皮毛料能够与其相贴合。此外，在飞机蒙皮拉伸成形模具设计过程中应当注意S型模具的弦深比，避免弦深比过小而导致上压装置的载荷过大，在飞机蒙皮拉伸成形设备上用于夹持毛料的夹钳在水平情况能够使得载荷获得较为良好的夹紧效果。而后，在飞机蒙皮拉伸成形模具设计过程中需要做好模具内部工艺补充面的建立，在这一工件中，其内部工艺面建立的主要目的是为了填补零件内部的不规则边缘因此在飞机蒙皮拉伸成形模具设计时要注意做好对于“空洞”区域的修补。以此零件为例，建立工艺补充面能够将此零件两侧曲面的过渡连接在一起对周边区域进行补充从而使得飞机蒙皮拉伸成后更为连续、光滑。在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中，应注意完成对于飞机蒙皮拉伸成形模具侧面及圆角的建立，通过在飞机蒙皮拉伸成形模具沿着拉伸方向建立起7条截面线，这些截面线的长度在“初始设计长度”中有所标注。而后根据已设计的拉形模型面来生成上压模具型面。在完成了对于飞机蒙皮拉伸成形模具的初步设计后，应当通过对飞机蒙皮拉伸成形模具进行仿真以便对飞机蒙皮拉伸成形模具可靠性进行分析验证。

在将飞机蒙皮拉伸成形的工艺参数输入到仿真软件中并进行相应的仿真计算。在完成对于所设计的飞机蒙皮拉伸成形模具的拉形仿真结果的基础上对拉形质量进行分析，对于飞机蒙皮拉伸成形质量的分析，针对飞机蒙皮拉伸成形仿真结果中出现塑性较大应变的区域对飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计进行一定的修改，以减小或是消除这一区域的变形。而后对修改完成后的飞机蒙皮拉伸成形模具设计再次建立分析模型用以分析模具修改后的塑性区域。验证飞机蒙皮拉伸成形模具设计的可靠性。在此次飞机蒙皮的拉伸成形中，关键是要做好对于飞机蒙皮模型的设计，为做好对于蒙皮模具的设计传统的模具设计和加工方法无法满足相应的加工需求。在复杂模具型面的设计和加工过程中需要对传统的加工工艺进行改进，通过详细而有效的模具型面设计方法来完成对于模具的精确设计，以便使得飞机蒙皮在拉伸的过程中能够使得各处的变形均匀。本文所提出的“截面线等长”模具型面设计方法在确保蒙皮拉伸均匀变形方面得到了良好的控制。在模具设计的过程中，通过使用有限元仿真模具设计来作为模具设计的重要辅助手段以此来对所设计的模具型面进行合理性验证，通过实践证明，在复杂蒙皮的拉伸过程中通过将“截面线等长”设计方法与有限元辅助建模技术相结合将会使得复杂蒙皮拉形模具的设计更为简便、高效。

3结束语

飞机蒙皮拉伸成形模具型面设计是飞机蒙皮拉伸成形质量的重要基础。由于飞机蒙皮拉伸成形模具具有较为复杂的空间结构，在飞机蒙皮拉伸成形模具的设计过程中为了更好的使得飞机蒙皮毛料拉伸受力均匀通过采用“截面线等长”的设计方法，通过补偿以使得飞机蒙皮毛料在贴模后各截面的延伸率尽可能的接近。

参考文献：

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[3]王丽丽，李东升，曹雯，等.可重构柔性模具蒙皮包覆拉形仿真系统开发[J].锻压技术，2009，34（2）：141-145.

作者：李云鹏 单位：沈阳飞机工业（集团）有限公司