基于catia复杂钣金件展开技术研究

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1、基于CATIA复杂钣金件展开技术研究撰文/中航飞机西安飞机分公司彭艳敏一、引言钣金加工是飞机零件、组件和部件制造的重要工艺，钣金零部件约占飞机总零部件数的50％以上，飞机钣金零件的生产对保证飞机生产进度、达到技术质量要求具有重要影响。钣金件展开是指从将三维零件设计模型进行分析和计算得到平面毛料的过程，对于框肋零件、部分蒙皮零件等复杂双曲率钣金件而言，其展开形状决定了成形的外形尺寸精度。钣金零件的毛坯展开计算是冲压工艺设计的一个重要环节。精确的毛坯形状不仅能够节约原材料，减少成形后的修边工作量，而且可以改善成形条件、提高成形质量。因此，研究开发冲压零件的展开技术

2、，具有重要的意义。但是由于零件成形过程中材料的塑性变形行为较复杂，目前还没有很好的方法来准确地计算毛坯形状。常见的展开方法归纳为：基于材料中性层的零件展开；基于零件外表面的曲面展开；基于有限元分析软件逆算法的零件展开。本文所述为基于材料中性层的零件展开和零件外表面的曲面展开。传统折弯钣金件加工工艺以粗放展开加工并结合机械切削为特点,先近似以展开尺寸放样落料,预留后续加工余量后进行折弯。折弯后再修准尺寸,加工孔槽。这种工艺对展开图精度要求低,存在着工艺路线复杂、效率低、浪费材料及加工质量不易保证等缺点。现代折弯钣金件加工工艺以精确展开加工、零机械切削为特点,先按

3、展开图全部切割出外形及孔、槽,然后折弯成型。这种工艺具有钣金零件的单元封闭加工、工艺路线简化、效率高和加工质量好等优点,但对钣金展开图的精度要求高。因此,现代折弯钣金件加工中精确展开图的绘制就成了首先要解决的问题。二、零件展开原理为了观察板料弯曲时的金属流动情况，便于分析材料的变形特点，可以采用在弯曲前的板料侧表面用机械刻线或照相腐蚀制作正方形网格的方法。然后用工具观察并测量弯曲前后网格的尺寸和形状变化情况，如图1所示弯曲前，材料侧面线条均为直线，组成大小一致的正方形小格，纵向网格线长度。弯曲后，通过观察网格形状的变化，如图1所示，可以看出弯曲变形具有以下特点

4、。1.弯曲圆角部分是弯曲变形的主要变形区通过对网格的观察，弯曲圆角部分的网格发生了显著的变化，原正方形网格变成了扇形；而在远离圆角的直边部分，则没有这种变化；在靠近圆角处的直边，有少量的变化，这说明弯曲变形区主要在圆角部分。通过不同角度的弯曲，会发现弯曲圆角半径越小，该变形区的网格变形越大。因此，弯曲变形程度可以用相对弯曲半径来表示（r/t）。2.弯曲变形区的应变中性层比较变形区内弯曲前后相应位置的网格线长度可知，板料的外区(靠凹模一侧)，纵向纤维受拉而伸长；内区(靠凸模一侧)，纵向纤维受压缩而缩短。内、外区至板料的中心，其缩短和伸长的程度逐渐变小。由于材料的

5、连续性，在伸长和缩短两个变形区域之间，其中必定有一层金属纤维材料的长度在弯曲前后保持不变，这一金属层称为应变中性层（图1中o-o层）。应变中性层长度的确定是进行弯曲件毛坯展开尺寸计算的重要依据。当弯曲变形程度很小时，应变中性层的位置基本上处于材料厚度的中心，但当弯曲变形程度较大时，可以发现应变中性层向材料内侧移动，变形量愈大，内移量愈大。三、基于零件中性层的展开方法1.几何计算法几何计算法又称钣金件展开经验公式，主要对于一般的弯边零件和几何形状规整的框，肋等平面零件以及成形时材料流动较小的零件，均可采用此方法。通常，零件展开是计算值（图2），其计算公式如下：式

6、中，B为弯边实际高度；R为弯曲内半径；δ为零件材料厚度；α为90°±M；M为斜角值；n为零件内表面到弯曲中性线的距离；m、m1、m2称为展开修正值，根据常用的R和δ的几种组合算出值。当R和δ的比值小于2时，应查K值表计算展开。具体数值可查阅航空制造工程手册—飞机模线样板相关章节。几何计算法适用于零件腹板面为平面，且展开面形状简单的系列零件。用此方法，计算比较繁琐，效率比较低。2.CATIAV5航空钣金模块的展开该方法的特点是在钣金模块下建立的钣金件三维实体模型，均可利用该模块的fold/unfold的功能，进行展开，并且可以展开零件外形形状比较复杂的普通钣金件

7、。另外，经过比较，CATIA钣金模块得到的展开尺寸比国内飞机公司技术人员展开的尺寸相对要小一些。所以，需合理选取材料的成形参数—K值，具体步骤是：①进入CATIAV5航空钣金模块（AerospaceSheetMetalDesign），设立钣金件的建模参数（SheetMetalParameter），在建模参数对话框中分别设置钣金件的材料厚度、弯曲半径以及材料的弯曲参数—K值等。②建立腹板面以及弯曲面，以及下陷、各种减轻孔、加强窝等。③完成钣金件的实体建模，运用模块中的展开功能实现展开。钣金零件展开实例如图3所示。CATIAV5航空钣金模块的不足：①要求钣金零件必

8、须在航空钣金模块中生成才能展开，而实际