CN105081133B - 一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法，属于飞机制造技术领域。本发明针对变曲率、变截面和长度在1m以上的大型框类钣金零件，通过在框肋零件外缘弯边外侧添加工艺筋槽结构，使此类零件成形后外缘弯边的应力均匀分布，适用于在回弹补偿基础上进一步控制复杂弯边截面、沿着弯边线曲率和截面线尺寸不断变化的大型框类零件成形卸载后腹板的翘曲，此方法不但控制了零件回弹而且有效控制了零件腹板翘曲，零件成形后无需或仅以少量手工敲修就可达到精确成形的要求，显著提高了大型框类零件的成形质量和生产效率。

Description

一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法

技术领域

本发明属于飞机制造技术领域，具体涉及一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法。

背景技术

大型框类钣金零件是大型飞机机体骨架中的重要组件，长度在1米以上、异向弯边、截面形状复杂，且截面尺寸沿着弯边线不断变化，加工精度直接影响着飞机的外形准确度和结构承载能力。目前，大型框类钣金件一般采用橡皮囊成形工艺方法，而在影响大型框类钣金件成形精度的因素中，腹板翘曲是一类重要因素。

现代飞机生产对钣金零件制造的精度和质量提出了更高的要求，要求尽量减少手工修整量，在民机研制中甚至要求无手工敲修。采用传统成形工艺方法成形此类零件，需要进行大量手工敲修，导致零件成形精度及疲劳寿命降低，制造周期长、成本高。大型框类钣金零件在橡皮囊液压成形中的翘曲控制是制约大型框类零件精确成形的关键问题。

发明内容

要解决的技术问题

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提供一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法，通过在框肋零件外缘弯边外侧添加工艺筋槽抑制大型框类钣金零件腹板翘曲。

技术方案

在本发明的一个方面，本发明提出一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过以下步骤建立回弹补偿工艺模型M^S：

步骤1.1：提取大型框类钣金零件的外缘弯边F₁的外形面以及外形面的轮廓线L₁；沿轮廓线L₁对外形面按曲率进行外插延伸，得到外缘弯边F₁的扩展外形面对外缘弯边F₁的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面

步骤1.2：提取大型框类钣金零件的内缘弯边F₂的外形面以及外形面的轮廓线L₂；沿轮廓线L₂对外形面按曲率进行外插延伸，得到内缘弯边F₂的扩展外形面对内缘弯边F₂的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面

步骤1.3：根据回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面零件腹板面W和零件厚度δ建立回弹补偿工艺模型M^S；回弹补偿工艺模型M^S的外缘弯边为F₁′；

步骤2：通过以下步骤建立控制翘曲的零件工艺模型M^S′：

步骤2.1：将外缘弯边F₁′向外延伸0.5h～h，h为外缘弯边F₁高度，延伸后外缘弯边F₁′外形面的外侧边缘线为l₁；

步骤2.2：沿着外侧边缘线l₁添加工艺槽E^W，工艺槽E^W厚度为零件厚度δ，工艺槽E^W与零件腹板面W平行，工艺槽E^W宽度d为0.5h～2h，工艺槽E^W与外缘弯边F₁′连接处以圆角过渡，圆角内半径为0.5r～1.5r，r为外缘弯边F₁′弯曲内半径；加工艺槽后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₂；

步骤2.3：沿着外侧边缘线l₂添加工艺筋E^R，工艺筋E^R厚度为零件厚度δ，工艺筋E^R截面为等腰梯形，下底长度a为0.4h～1.2h，上底长度b为0.1h～0.5h，且下底长度a大于上底长度b，高度c为0.5mm～4mm，工艺筋E^R与工艺槽E^W连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；加工艺筋后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₃；

步骤2.4：沿着外侧边缘线l₃添加工艺筋搭边E^M，工艺筋搭边E^M厚度为零件厚度δ，工艺筋搭边E^M宽度e为1mm～5mm，工艺筋搭边E^M与工艺筋E^R连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；

步骤2.5：在腹板两端中间位置添加工艺耳片，在工艺耳片及腹板上布置工艺孔，形成控制翘曲的零件工艺模型M^S′；

步骤3：提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边内形面腹板内形面和外缘弯边外形面设计并加工得到内缘弯边成形模具；提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边外形面腹板外形面和外缘弯边内形面设计并加工得到外缘弯边成形模具；

步骤4：对控制翘曲的零件工艺模型M^S′展开计算，得到毛坯模型；根据毛坯模型进行零件毛坯数控下料，并利用内缘弯边成形模具和外缘弯边成形模具成形，成形后放置1～3天，而后切除工艺筋槽部分及外缘弯边余量，得到成形零件。

有益效果

本发明通过在大型框类钣金零件外缘弯边外侧添加工艺筋槽结构，使此类零件成形后外缘弯边的应力均匀分布，适用于在回弹补偿基础上进一步控制复杂弯边截面、沿着弯边线曲率和截面线尺寸不断变化的大型框类零件成形卸载后腹板的翘曲，此方法不但控制了零件回弹而且有效控制了零件腹板翘曲，零件成形后无需或仅以少量手工敲修就可达到精确成形的要求，显著提高了大型框类零件的成形质量和生产效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1、是大型框类零件实例；

图2、是实例零件的外缘弯边扩展外形面；

图3、是实例零件的内缘弯边扩展外形面；

图4、是实例零件的弯边F₁、弯边F₂回弹补偿结果；

图5、是实例零件的回弹补偿工艺模型M^S；

图6、是实例零件的工艺模型M^S′构建过程；

图7、是实例零件的工艺模型M^S′；

图8、是实例零件的内缘模具设计型面；

图9、是实例零件的外缘模具设计型面；

图10、是实例零件的工艺模型M^S′的展开板料模型；

图11、是实例零件的内缘弯边成形模具；

图12、是实例零件的外缘弯边成形模具。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以图1所示大型框类零件为例，该零件由平面腹板、外缘弯边和内缘弯边组成，零件内缘弯边与外缘弯边方向异向，零件材料为2024-O，厚度为1.4mm，外缘弯边高度h为20mm，外缘弯边弯曲外半径为4.4mm。下面结合附图，说明大型框类零件腹板翘曲控制方法的具体实施过程。

步骤1：通过以下步骤建立回弹补偿工艺模型M^S：

步骤1.1：提取大型框类钣金零件的外缘弯边F₁的外形面以及外形面的轮廓线L₁；沿轮廓线L₁对外形面按曲率进行外插延伸，得到外缘弯边F₁的扩展外形面对外缘弯边F₁的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面

本实施例中对外缘弯边F₁的扩展外形面进行回弹补偿计算的方法，采用的是公开号为CN102982200A的中国专利《一种飞机框肋类饭金零件工艺模型设计方法》中的回弹补偿计算方法。

步骤1.2：提取大型框类钣金零件的内缘弯边F₂的外形面以及外形面的轮廓线L₂；沿轮廓线L₂对外形面按曲率进行外插延伸，得到内缘弯边F₂的扩展外形面对内缘弯边F₂的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面

本实施例中对内缘弯边F₂的扩展外形面进行回弹补偿计算的方法，采用的是公开号为CN102982200A的中国专利《一种飞机框肋类饭金零件工艺模型设计方法》中的回弹补偿计算方法。

步骤1.3：根据回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面零件腹板面W和零件厚度δ建立回弹补偿工艺模型M^S；回弹补偿工艺模型M^S的外缘弯边为F₁′。外缘弯边为F₁′的弯曲内半径为2.915mm。

步骤2：如图6所示，通过以下步骤建立控制翘曲的零件工艺模型M^S′：

步骤2.1：将外缘弯边F₁′向外延伸0.5h～h，h为外缘弯边F₁高度，延伸后外缘弯边F₁′外形面的外侧边缘线为l₁；本实施例中外缘弯边F₁′向外延伸20mm。

步骤2.2：沿着外侧边缘线l₁添加工艺槽E^W，工艺槽E^W厚度为零件厚度δ，工艺槽E^W与零件腹板面W平行，工艺槽E^W宽度d为0.5h～2h，工艺槽E^W与外缘弯边F₁′连接处以圆角过渡，圆角内半径为0.5r～1.5r，r为外缘弯边F₁′弯曲内半径；加工艺槽后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₂；本实施例中d为25mm，工艺槽E^W与外缘弯边F₁′连接处以圆角过渡，圆角内半径为2.915mm。

步骤2.3：沿着外侧边缘线l₂添加工艺筋E^R，工艺筋E^R厚度为零件厚度δ，工艺筋E^R截面为等腰梯形，下底长度a为0.4h～1.2h，上底长度b为0.1h～0.5h，且下底长度a大于上底长度b，高度c为0.5mm～4mm，工艺筋E^R与工艺槽E^W连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；加工艺筋后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₃；本实施例中a为20mm，b为5mm，c为3mm。

步骤2.4：沿着外侧边缘线l₃添加工艺筋搭边E^M，工艺筋搭边E^M厚度为零件厚度δ，工艺筋搭边E^M宽度e为1mm～5mm，工艺筋搭边E^M与工艺筋E^R连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；本实施例中e为3mm。

步骤2.5：在腹板两端中间位置添加工艺耳片，在工艺耳片及腹板上布置工艺孔，形成控制翘曲的零件工艺模型M^S′，如图7所示。

步骤3：提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边内形面腹板内形面和外缘弯边外形面设计并加工得到内缘弯边成形模具；提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边外形面腹板外形面和外缘弯边内形面设计并加工得到外缘弯边成形模具。

步骤4：对控制翘曲的零件工艺模型M^S′展开计算，得到毛坯模型；根据毛坯模型进行零件毛坯数控下料，并利用内缘弯边成形模具和外缘弯边成形模具成形，成形后放置1～3天，而后切除工艺筋槽部分及外缘弯边余量，得到成形零件。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种大型框类钣金零件腹板翘曲控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过以下步骤建立回弹补偿工艺模型M^S：

步骤1.1：提取大型框类钣金零件的外缘弯边F₁的外形面以及外形面的轮廓线L₁；沿轮廓线L₁对外形面按曲率进行外插延伸，得到外缘弯边F₁的扩展外形面对外缘弯边F₁的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面

步骤1.2：提取大型框类钣金零件的内缘弯边F₂的外形面以及外形面的轮廓线L₂；沿轮廓线L₂对外形面按曲率进行外插延伸，得到内缘弯边F₂的扩展外形面对内缘弯边F₂的扩展外形面进行回弹补偿计算，得到回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面

步骤1.3：根据回弹补偿后的外缘弯边扩展外形面回弹补偿后的内缘弯边扩展外形面零件腹板面W和零件厚度δ建立回弹补偿工艺模型M^S；回弹补偿工艺模型M^S的外缘弯边为F₁′；

步骤2：通过以下步骤建立控制翘曲的零件工艺模型M^S′：

步骤2.1：将外缘弯边F₁′向外延伸0.5h～h，h为外缘弯边F₁高度，延伸后外缘弯边F₁′外形面的外侧边缘线为l₁；

步骤2.2：沿着外侧边缘线l₁添加工艺槽E^W，工艺槽E^W厚度为零件厚度δ，工艺槽E^W与零件腹板面W平行，工艺槽E^W宽度d为0.5h～2h，工艺槽E^W与外缘弯边F₁′连接处以圆角过渡，圆角内半径为0.5r～1.5r，r为外缘弯边F₁′弯曲内半径；加工艺槽后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₂；

步骤2.3：沿着外侧边缘线l₂添加工艺筋E^R，工艺筋E^R厚度为零件厚度δ，工艺筋E^R截面为等腰梯形，下底长度a为0.4h～1.2h，上底长度b为0.1h～0.5h，且下底长度a大于上底长度b，高度c为0.5mm～4mm，工艺筋E^R与工艺槽E^W连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；加工艺筋后外缘弯边外形面的外侧边缘线为l₃；

步骤2.4：沿着外侧边缘线l₃添加工艺筋搭边E^M，工艺筋搭边E^M厚度为零件厚度δ，工艺筋搭边E^M宽度e为1mm～5mm，工艺筋搭边E^M与工艺筋E^R连接处以圆角过渡，圆角内半径为r；

步骤2.5：在腹板两端中间位置添加工艺耳片，在工艺耳片及腹板上布置工艺孔，形成控制翘曲的零件工艺模型M^S′；

步骤3：提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边内形面腹板内形面和外缘弯边外形面设计并加工得到内缘弯边成形模具；提取控制翘曲的零件工艺模型M^S′的内缘弯边外形面腹板外形面和外缘弯边内形面设计并加工得到外缘弯边成形模具；

步骤4：对控制翘曲的零件工艺模型M^S′展开计算，得到毛坯模型；根据毛坯模型进行零件毛坯数控下料，并利用内缘弯边成形模具和外缘弯边成形模具成形，成形后放置1～3天，而后切除工艺筋槽部分及外缘弯边余量，得到成形零件。