CN105183970A - 一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，属于飞机制造技术领域。本发明针对框肋零件无下陷连续弯边进行分次补偿，并确定连续弯边回弹补偿修正系数，从而能够克服现有单弯边回弹补偿计算方法对连续弯边进行回弹补偿时，导致补偿过度，零件成形后弯曲角度小于设计零件的弯曲角度的问题。本发明通过连续弯边回弹补偿计算实现精确成形。

Description

一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法

技术领域

本发明属于飞机制造技术领域，具体涉及一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法。

背景技术

框肋零件是飞机钣金零件的主要零件，常用于机翼翼肋、机身隔框等处，弯边是框肋零件主要结构要素，外缘弯边大多与蒙皮搭接，内缘弯边起加强作用，其中一类弯边为无下陷连续弯曲的弯边，多位于框肋零件内侧，其回弹补偿准确度决定了其制造准确度。

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》，针对变曲率、变截面、带下陷、带长桁缺口框肋弯边零件，提供了一种利用弯边线离散点处法平面与外形参考面相交生成截面线进行回弹补偿的方法，适用于单弯边回弹补偿。

相对于常见的框肋零件单弯边，连续的两个弯边在成形过程中会相互影响，若还按单弯边回弹补偿计算方法对连续弯边进行回弹补偿，就会导致补偿过度，零件成形后弯曲角度小于设计零件的弯曲角度而不满足设计要求。

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通过一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，针对框肋零件无下陷连续弯边进行分次补偿，并确定连续弯边回弹补偿修正系数，实现精确成形。

技术方案

在本发明的一个方面，本发明提出一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用以下步骤形成型面

步骤1.1：提取连续弯边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，得到连续弯边F₁的扩展外形面扩展外形面中包括弯边F₁₁的扩展外形面和弯边F₁₂的扩展外形面其中弯边F₁₁为连续弯边F₁中与腹板W连接的弯边；弯边F₁₂为连续弯边F₁中与弯边F₁₁外侧连接的弯边；

步骤1.2：对弯边F₁₂的扩展外形面进行离散，得到扩展外形面的截面线i＝1,2,...n-1,n；所述截面线由圆角区截面线和和凸缘区截面线构成；

步骤1.3：对于每一段圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度

$R_i^{{12}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}{R}_i^{12}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_i^{12}+{\mathrm{\Φ}}_i^{12}$

其中为圆角区截面线的弯曲角度，为圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号及热处理状态、零件厚度δ、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角，K为根据零件厚度δ从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册的K值表中查询得到的中性层系数；

步骤1.4：根据步骤1.3得到的回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度对截面线进行重构，得到回弹补偿后截面线利用所有n条回弹补偿后截面线生成回弹补偿后的扩展外形面

步骤1.5：接和回弹补偿后的扩展外形面与弯边F₁₁的扩展外形面得到型面

步骤2：采用以下步骤确定弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ：

步骤2.1：对连续弯边F₁和腹板W构成的零件P₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面提取弯边F₁₁与腹板W交线，并对交线进行离散，形成m个离散点，过每个离散点构造交线的法平面，法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并测量截面线的弯曲角度值

步骤2.2：对弯边F₁₁和腹板W构成的零件P₁₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面步骤2.1中构造的法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并测量截面线的弯曲角度值

步骤2.3：根据以下公式计算弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ

$\mathrm{\λ}=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_j}{m}$

${\mathrm{\λ}}_j=\frac{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}$

其中θ¹¹为弯边F₁₁的弯曲角度；

步骤3：采用以下步骤对型面进行回弹补偿：

步骤3.1：对型面进行离散，得到弯边外形截面线k＝1,2,...l-1,l，弯边外形截面线由弯边圆角区截面线和凸缘区截面线组成；

步骤3.2：对于每一段弯边圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度

$R_k^{{11}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}{R}_k^{11}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_k^{11}+{\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}$

${\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\λ\Φ}}_k^{11}$

其中为弯边圆角区截面线的弯曲角度，为弯边圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号及热处理状态、零件厚度δ、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角；

步骤3.3：根据步骤3.2得到的回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度对弯边外形截面线进行重构，得到回弹补偿后的弯边外形截面线利用所有l条回弹补偿后的弯边外形截面线生成回弹补偿后的零件弯边外形面

另外，根据本发明的实施例，还可以具有如下附加的技术特征：

所述一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，其特征在于：从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角的过程为：由框肋零件材料牌号及热处理状态找到对应的“D-Φ”值表，然后根据零件厚度δ在表中检索到一组厚度值与δ最接近的数据形成第一数据组，接着根据所提供弯曲半径在第一数据组中检索到一组弯曲半径与所提供弯曲半径最接近、且弯曲半径不大于所提供弯曲半径的数据形成第二数据组，最后根据所提供弯曲角度在第二数据组中进行检索，若检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则从所述数据中查询得到回弹角，若没有检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则由第二组数据进行插值，得到所提供弯曲角度对应的回弹角。

有益效果

通过本发明的方法，能够克服现有单弯边回弹补偿计算方法对连续弯边进行回弹补偿时，导致补偿过度，零件成形后弯曲角度小于设计零件的弯曲角度的问题，通过连续弯边回弹补偿计算实现精确成形。

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：连续弯边框肋零件；

图2：连续弯边F₁的扩展外形面

图3：弯边F₁₂的扩展外形面离散；

图4：弯边F₁₂的扩展外形面截面线回弹补偿；

图5：回弹补偿后的弯边F₁₂扩展外形面

图6：弯边外形面

图7：零件P₁与零件P₁₁；

图8：数值模拟结果回弹角度测量；

图9：弯边外形面离散；

图10：弯边外形面截面线回弹补偿；

图11：回弹补偿后弯边外形面。

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中的连续弯边框肋零件为例，该零件由腹板W、弯边F₁组成，零件材料为2024-O，零件厚度为1.4mm，两个弯边的弯曲角度为90°，弯曲外半径4.4mm。下面结合附图，说明框肋零件无下陷连续弯边的回弹补偿的具体实施过程。

步骤1：采用以下步骤形成型面

步骤1.1：提取连续弯边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，得到连续弯边F₁的扩展外形面如图2所示；扩展外形面中包括弯边F₁₁的扩展外形面和弯边F₁₂的扩展外形面其中弯边F₁₁为连续弯边F₁中与腹板W连接的弯边；弯边F₁₂为连续弯边F₁中与弯边F₁₁外侧连接的弯边。

步骤1.2：对弯边F₁₂的扩展外形面进行离散，得到扩展外形面的截面线i＝1,2,...n-1,n；所述截面线由圆角区截面线和和凸缘区截面线构成，如图3所示。

本实施例中，对弯边F₁₂的扩展外形面进行离散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》中的步骤2的离散方法。

步骤1.3：对于每一段圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度

$R_i^{{12}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}{R}_i^{12}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_i^{12}+{\mathrm{\Φ}}_i^{12}$

其中为圆角区截面线的弯曲角度，为圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号2024-O及热处理状态、零件厚度δ＝1.4mm、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角，本实施例中查询得到为2.51°，K为根据零件厚度δ＝1.4mm从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册的K值表中查询得到的中性层系数，值为0.375。计算得到的回弹补偿后的圆角外半径为4.295mm。

从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角的过程为：由框肋零件材料牌号及热处理状态找到对应的“D-Φ”值表，然后根据零件厚度δ在表中检索到一组厚度值与δ最接近的数据形成第一数据组，接着根据所提供弯曲半径在第一数据组中检索到一组弯曲半径与所提供弯曲半径最接近、且弯曲半径不大于所提供弯曲半径的数据形成第二数据组，最后根据所提供弯曲角度在第二数据组中进行检索，若检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则从所述数据中查询得到回弹角，若没有检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则由第二组数据进行插值，得到所提供弯曲角度对应的回弹角。

步骤1.4：根据步骤1.3得到的回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度对截面线进行重构，得到回弹补偿后截面线如图4所示；使用CAD软件中多截面曲面定义功能，依次选择所有n条回弹补偿后截面线生成回弹补偿后的扩展外形面如图5所示。

步骤1.5：接和回弹补偿后的扩展外形面与弯边F₁₁的扩展外形面得到型面如图6所示。

步骤2：采用以下步骤确定弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ：

步骤2.1：对连续弯边F₁和腹板W构成的零件P₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面提取弯边F₁₁与腹板W交线，并对交线进行离散，以离散间距1mm对交线进行离散，形成m个离散点，过每个离散点构造交线的法平面，法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并在CAD软件中测量截面线的弯曲角度值

步骤2.2：对单弯边F₁₁和腹板W构成的零件P₁₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面步骤2.1中构造的法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并在CAD软件中测量截面线的弯曲角度值

步骤2.3：根据以下公式计算弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ

$\mathrm{\λ}=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_j}{m}$

${\mathrm{\λ}}_j=\frac{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}$

其中θ¹¹为弯边F₁₁的弯曲角度90°，本实施例计算得到λ＝0.8。

步骤3：采用以下步骤对型面进行回弹补偿：

步骤3.1：对型面进行离散，如图9所示，得到弯边外形截面线k＝1,2,...l-1,l，弯边外形截面线由弯边圆角区截面线和凸缘区截面线组成。

本实施例中，对型面进行离散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》中的步骤2的离散方法。

步骤3.2：对于每一段弯边圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度

$R_k^{{11}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}{R}_k^{11}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_k^{11}+{\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}$

${\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\λ\Φ}}_k^{11}$

其中为弯边圆角区截面线的弯曲角度，为弯边圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号2024-O及热处理状态、零件厚度δ＝1.4mm、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角为2.51°。修正后回弹角计算得到的回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径为4.315mm。

从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角的过程为：由框肋零件材料牌号及热处理状态找到对应的“D-Φ”值表，然后根据零件厚度δ在表中检索到一组厚度值与δ最接近的数据形成第一数据组，接着根据所提供弯曲半径在第一数据组中检索到一组弯曲半径与所提供弯曲半径最接近、且弯曲半径不大于所提供弯曲半径的数据形成第二数据组，最后根据所提供弯曲角度在第二数据组中进行检索，若检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则从所述数据中查询得到回弹角，若没有检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则由第二组数据进行插值，得到所提供弯曲角度对应的回弹角。

步骤3.3：根据步骤3.2得到的回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度对弯边外形截面线进行重构，得到回弹补偿后的弯边外形截面线如图10所示，使用CAD软件中多截面曲面定义功能，依次选择所有l条回弹补偿后的弯边外形截面线生成回弹补偿后的零件弯边外形面如图11所示。

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 (2)

1.一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采用以下步骤形成型面

步骤1.1：提取连续弯边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，得到连续弯边F₁的扩展外形面扩展外形面中包括弯边F₁₁的扩展外形面和弯边F₁₂的扩展外形面其中弯边F₁₁为连续弯边F₁中与腹板W连接的弯边；弯边F₁₂为连续弯边F₁中与弯边F₁₁外侧连接的弯边；

步骤1.2：对弯边F₁₂的扩展外形面进行离散，得到扩展外形面的截面线i＝1,2,...n-1,n；所述截面线由圆角区截面线和和凸缘区截面线构成；

步骤1.3：对于每一段圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度

$R_i^{{12}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}{R}_i^{12}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_i^{12}}{{\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_i^{{12}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_i^{12}+{\mathrm{\Φ}}_i^{12}$

其中为圆角区截面线的弯曲角度，为圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号及热处理状态、零件厚度δ、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角，K为根据零件厚度δ从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册的K值表中查询得到的中性层系数；

步骤1.4：根据步骤1.3得到的回弹补偿后的圆角外半径和回弹补偿后的弯曲角度对截面线进行重构，得到回弹补偿后截面线利用所有n条回弹补偿后截面线生成回弹补偿后的扩展外形面

步骤1.5：接和回弹补偿后的扩展外形面与弯边F₁₁的扩展外形面得到型面

步骤2：采用以下步骤确定弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ：

步骤2.1：对连续弯边F₁和腹板W构成的零件P₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面提取弯边F₁₁与腹板W交线，并对交线进行离散，形成m个离散点，过每个离散点构造交线的法平面，法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并测量截面线的弯曲角度值

步骤2.2：对弯边F₁₁和腹板W构成的零件P₁₁，利用数值模拟软件进行成形及回弹过程的数值模拟，得到回弹后的零件外形面步骤2.1中构造的法平面与回弹后的零件外形面相交，得到截面线j＝1,2,...m-1,m，并测量截面线的弯曲角度值

步骤2.3：根据以下公式计算弯边F₁₁的回弹补偿修正系数λ

$\mathrm{\λ}=\frac{\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_j}{m}$

${\mathrm{\λ}}_j=\frac{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}{{\mathrm{\θ}}_j^{{\mathrm{SO}}^{\′\′}}-{\mathrm{\θ}}^{11}}$

其中θ¹¹为弯边F₁₁的弯曲角度；

步骤3：采用以下步骤对型面进行回弹补偿：

步骤3.1：对型面进行离散，得到弯边外形截面线k＝1,2,...l-1,l，弯边外形截面线由弯边圆角区截面线和凸缘区截面线组成；

步骤3.2：对于每一段弯边圆角区截面线根据下面公式计算回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度

$R_k^{{11}^{\′}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}{R}_k^{11}-\frac{{\mathrm{\Φ}}_k^{11}}{{\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}}K\mathrm{\δ}+\mathrm{\δ}$

${\mathrm{\θ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\θ}}_k^{11}+{\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}$

${\mathrm{\Φ}}_k^{{11}^{\′}}={\mathrm{\λ\Φ}}_k^{11}$

其中为弯边圆角区截面线的弯曲角度，为弯边圆角区截面线的弯曲内半径，为根据框肋零件材料牌号及热处理状态、零件厚度δ、的弯曲内半径弯曲角度从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角；

步骤3.3：根据步骤3.2得到的回弹补偿后弯边F₁₁的圆角外半径和回弹补偿后弯边F₁₁的的弯曲角度对弯边外形截面线进行重构，得到回弹补偿后的弯边外形截面线利用所有l条回弹补偿后的弯边外形截面线生成回弹补偿后的零件弯边外形面

2.根据权利要求1所述一种框肋零件中无下陷连续弯边的回弹补偿方法，其特征在于：从《航空制造工程手册》飞机模线样板分册中的“D-Φ”值表中查询得到的回弹角的过程为：由框肋零件材料牌号及热处理状态找到对应的“D-Φ”值表，然后根据零件厚度δ在表中检索到一组厚度值与δ最接近的数据形成第一数据组，接着根据所提供弯曲半径在第一数据组中检索到一组弯曲半径与所提供弯曲半径最接近、且弯曲半径不大于所提供弯曲半径的数据形成第二数据组，最后根据所提供弯曲角度在第二数据组中进行检索，若检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则从所述数据中查询得到回弹角，若没有检索到弯曲角度等于所提供弯曲角度的数据，则由第二组数据进行插值，得到所提供弯曲角度对应的回弹角。