多级整体渐进成形对带筋壁板压弯稳定性的优化研究

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1、多级整体渐进成形对带筋壁板压弯稳定性的优化研究廖轩黄尚宇邹旺胡建华（武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北武汉，430070）摘要：针对整体壁板成形过程中的筋条失稳问题，提出了整体渐进时效复合成形的概念及实现思路。采用ABAQUS软件对其实现方案中所涉及的多级整体渐进成形过程进行分析，与一次压弯成形后带筋壁板结果比较，表明多级整体渐进成形能够有效改善整体壁板成形的稳定性。并简述了整体渐进过程对筋条稳定性影响。关键词：带筋壁板；整体渐进；复合成形；稳定性中图分类号：TG306TheOptimizationFunctionofMultistageIntegralIncrem

2、entalFormingforPanelBendingLiaoXuanHuangShangyuZouWangHuJianhua(CollegeofMaterialsScienceandEngineering,WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430070,China)Abstract:Forsolvingtheinstabilityproblemofribswhenintegralpanelsforming,theconceptandtherealizationoftheintegralincrementalandagingformin

3、gareproposed.UsingABAQUSsoftwaretosimulatetheformingprocessesofmultistageintegralincrementalforming,comparedtheresultswiththoseofdirectbending,andthatshowsmultistageintegralincrementalformingisusefulforimprovingthestabilizationofribs.Andtheeffectofribswhenusingintegralincrementalforming

4、isdescribedbriefly.Keywords:ribbedpanel;integralincremental;combinedforming;stabilization随着现代生活对飞机速度及承载能力的要求不断提高，大型飞机机翼壁板已经放弃传统的拼接结构，而选用具有结构强度更好，疲劳寿命更长，外形更为准确和稳定性更好的整体壁板[1]。为解决带筋整体壁板成形过程中的筋条失稳问题，喷丸成形、激光钣金成形、蠕变时效成形等成形技术重新成为研究热点，其中蠕变时效成形由于集良好的成形、成性于一体，已发展成为大型整体壁板的主要成形方式[2]。但蠕变时效成形的加载方式以卡板

5、式为主，以固定形面加载一次压弯成形得到所需最终零件[3]，当筋条较高或壁板弯曲曲率过大时，仍难避免筋条失稳问题，为此，作者基于渐进成形及多点成形的特点与优势，提出一种多级整体渐进时效的复合成形方案，以改善其成形的稳定性，为带筋壁板成形提供一条新思路。本文仅分析多级整体渐进成形对带筋壁板弯曲稳定性的改善作用，从而论证渐进时效复合成形的可行性。1整体渐进时效复合成形的概念及实现方案1.1渐进成形渐进成形是上世纪90年代初由日本学者松原茂夫[4]提出的一种金属板材成形技术，参照了分层制造的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散成许多断面层，并生成各等高线层面上的加工轨迹，利用

6、形状简单的工具头根据每个断层面上的加工轨迹，使板材沿成形工具头逐渐变形，通过若干次的局部变形代替整体变形实现最终板材形状[5]。渐进成形基本原理如图1所示。装置由可滑动的压板、支撑模具与由数控系统控制的加工工具头组成。成形时，板料放置在支撑模具上，并由压板夹紧，压板下压一定高度，工具头沿相应断层加工轨迹对板料实现塑性加工，在完成第一断层面加工后，压板继续下压一定高度，再按照新断层面加工轨迹加工，以此类推直至最后工件形状完成。图1渐进成形示意图[5]Fig.1Principleofincrementalforming渐进成形可实现板材的柔性化成形，能够成形形状复杂的零件

7、。通过选择合适的成形路径，能有效防止工件壁厚变化不均，提高板料成形极限[6]，达到改善材料的成形性能之目的。1.1多点成形多点成形的概念源自于上世纪中叶日本学者中岛尚正[7]等人对船体板材加工的研究探讨，后由吉林大学李明哲命名为“多点成形”[13]的一种板材成形方式。其基本思想是将传统金属板材冲压中的整体模具离散成一系列规则排列的冲头，冲头高度可灵活调控，通过计算机CAM软件针对不同形面调整冲头相对应位置，实现成形形面具有可重构性，达到无需换模即可实现不同形面成形的要求[8]。如图2所示。(a)整体模具(b)多点成形模具图2整体模具与多点成形模具Fi