飞机橡皮囊成形零件毛坯精确预示方法研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252013V01．34No．3670—676ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．educnhkxb@buaaedu．cn飞机橡皮囊成形零件毛坯精确预示方法研究朱明华1’2，王文斌1，鲍益东1’*，黄翔11．南京航空航天大学机电学院，江苏南京2100162．上海飞机制造有限公司，上海200436摘要：橡皮囊成形是飞机钣金零件成形的主要方法之一，其初始毛坯形状的预示是橡皮囊成形中的一个难点问题。针对橡皮囊

2、成形的工艺特点，提出了一种基于一步逆成形有限元法的飞机橡皮囊成形钣金零件毛坯快速精确预示方法。首先将设计好的飞机钣金零件作为最终构形，然后采用一步逆成形有限元法进行初始毛坯的快速反向模拟，最后将通过该方法获得的毛坯外形应用到实际飞机钣金橡皮囊成形中，实验结果表明该方法可以快速精确地预示出飞机橡皮囊成形钣金零件的初始毛坯形状。关键词：橡皮囊成形；钣金零件；毛坯；一步逆成形；有限元法中图分类号：V261．2+8文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)030670—07飞机钣金件作为飞机结构组成的重要部分，直接影响着飞机的外

3、形准确度和结构承载能力，其制造工艺已成为影响飞机整体性能的重要环节。橡皮囊成形是飞机钣金成形的主要方法之一，与常规的冲压生产相比，运用橡皮囊成形方法可制造出形状更加复杂的零件、提高贴模精度及改善零件表面质量，能够更好地解决零件强度、刚度、尺寸和精度之间的矛盾。利用高压橡皮囊成形的零件不经修整或经过少量修整便可直接用于装配，很适用于中小批量的生产和试生产u。3]。橡皮囊成形和其他的板料成形方式一样，其初始毛坯外形的设计是橡皮囊成形中一个非常重要的问题。试验证明，合理的毛坯外形不仅可以减少成形后的修边工作量，还可改善成形过程材料的应变分

4、布，提高零件成形质量。钣金零件展开就是将钣金零件复杂的三维几何外形展开成平板毛坯的过程。目前应用于实践或见诸报道的钣金展开方法主要有经验公式法、滑移线法、几何映射法、解析法和一步逆成形法¨刮。一步逆成形有限元法是一种通过数值模拟[7。163求解毛坯外形的方法。钣金成形同时具有几何、材料和边界条件的非线性问题，一般需要用增量理论来进行数值模拟。但是在飞机钣金零件制造过程中，一般根据零件设计模型并行地生成模具和毛坯，在毛坯求解时没有模具信息提供，而一步逆成形有限元法能够很好地解决这个问题。本文首先针对橡皮囊成形特点研究了一步逆成形有限元

5、法的基本理论与公式，然后以某大型飞机上两种典型的橡皮囊成形钣金零件平尾翼尖肋与肋腹板为例子，通过一步逆成形有限元法进行了初始毛坯外形的精确预示模拟计算，将计算的初始毛坯外轮廓线与试验值进行比较，用来说收稿日期：2012—04—23；退修日期：2012—09—05；录用日期：2012—10—18；网络出版时间：2012—11·2709：35网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V20121127．0935003html基金项目：国家自然科学基金(51075206)；2011年度上海市高新技术产业化重点

6、项目(11—42)；上海飞机制造有限公司2012年度创新基金*通讯作者Tel：025—84892570E—mail：baoyd@nuaa．educa飘用格武：ZhuMH，WangWB．BaoYD．eta1．Researchonpreciseblankpredictionmethodofaircraftpartbyrubberbladderforming．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013．34(3)：670—676朱明华。I文斌，鲍益东．等飞机橡皮囊成形零件毛坯精确预示方法研究．航空学报

7、，20{3．34(3)：670-676．朱明华等：飞机橡皮囊成形零件毛坯精确预示方法研究671明一步逆成形有限罾孽精确预示橡皮囊成形毛坯『1+黝⋯2”⋯卯r]翌黧=性。疋一旧1+孤zn。¨’引¨’1一步逆成形法L“k““k。“叫1．1一步逆成形法的运动关系一步逆成形有限元法的基本思想是从产品的形状出发，将其作为变形终了时工件的中面，通过有限元方法确定在满足一定的边界条件下工件中各个节点在初始平板毛坯中的位置。一步逆成形有限元法仅仅考虑了最终构形C和初始平板料c。两个状态，忽略了中间变形过程，并引入比例加载，板料与刚性模具(凸模或凹模

8、)、板料与橡皮囊之间的相互作用力和接触条件可以通过等效外力加以考虑，平面应力等简化假设一步就可以预示出初始坯料形状和最终构形上的厚度、应变和应力等物理量的分布口。8]。根据柯西霍夫假设，如图1所示，H、l，和w分别为在局部坐标系Oxy