CN106540991B - 一种板制盒形件拉深极限判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种板制盒形件拉深成形极限判定方法，包括1:确定盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀；2:确定盒形件的相对转角半径C^B；3:确定盒形件的最大高度；4:确定盒形件的最大转角高度比5:确定盒形件的最大相对高度6：确定盒形件的拉深系数m；7：判定盒形件的类型；8：按照盒形件高、低两种不同类型分别判定成形极限。该判定方法提前预测了零件成形缺陷，降低了生产成本、加快了研制进度，容易推广实现。

Description

一种板制盒形件拉深极限判定方法

技术领域

本发明属于飞机制造技术领域，具体涉及一种飞机拉深类板制盒形件成形极限的判定方法。

背景技术

板制盒形件广泛用于飞机部件中，按加工方法归属为典型拉深件。拉深成形是指利用模具对金属板坯施力，使其成为立体空心零件的压制工艺方法，靠毛坯外缘材料的收缩流动而形成立体空心零件。盒形件结构的复杂性导致在拉深成形过程中材料受力分布不均匀、变形分布不均匀、变形速度不均匀，从而呈现出零件表面起皱、拉裂、回弹等多种缺陷。

现代飞机制造要求钣金零件有更高的精度，所以要对钣金零件的成形极限有更准确的分析，这样可以在零件加工前发现可能存在的问题并加以修正，以此来避免“试错法”带来的时间与人力物力上的浪费。

发明内容

为了预测缺陷、减少试验次数、降低科研成本、缩短科研周期。本发明提供了一种板制盒形件拉深成形极限判定方法。

一种板制盒形件拉深极限的判定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1:确定盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀

步骤1-1:应用CAD软件对盒形件的几何信息进行提取，将盒形件分解为腹板区、腹板圆角区、侧壁区、凸缘区和凸缘圆角区五部分，测其材料厚度为δ、计算毛料直径为D₀

步骤1-2:根据材料厚度和毛料直径计算出盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀；

步骤2:确定盒形件的相对转角半径C^B

步骤2-1:提取腹板圆角区与腹板区的相交线L^WO，测量L^WO两条对边的间距，取长度较小值记为盒形件的底面宽度B，取长度较大值记为盒形件的底面长度A，如果A＝B，盒形件为正方盒形件，否则为长方形盒形件；

步骤2-2:提取腹板圆角区和侧壁区上的侧壁转角区的相交线L^WA,测量L^WA的圆心角θ和弧长L₀，计算盒形件的转角半径

步骤2-3:根据转角半径R和底面宽度B计算出盒形件的相对转角半径C^B＝R/B；

步骤3:确定盒形件的最大高度H_max

步骤3-1:提取盒形件凸缘圆角区外形面S^UA与凸缘区的过渡线L^FA；

步骤3-2:测量L^FA的总长度记作L,以间距ΔL等长度离散，得到L^FA上的n个离散点P_i ^B，其中i＝1，2，…，n；其中ΔL＝(5-10)mm，过离散点P_i ^B构造L^FA的法平面F_i ^N与凸缘圆角区外形面S^UA相交构成凸缘圆角区外形面截面曲线其中i＝1，2，…，n；

步骤3-3:将长度为l_i的凸缘圆角区外形面截面曲线以间距0.1mm进行离散得到m_i个离散点，其中m_i＝10l_i+1，n条凸缘圆角区外形面截面曲线共得到个离散点其中i＝1，2，…，n；k＝1，2，…，m_i；

步骤3-4:过离散点构造垂直于腹板区所在平面F^WU的直线直线与平面F^WU的交点记为离散点到腹板面的距离为编辑所有的D_ik，取盒形件最大高度H_max＝max(D_ik)；

步骤4:确定盒形件的最大转角高度比

根据最大高度H_max和转角半径R计算得到盒形件最大转角高度比

步骤5:确定盒形件的最大相对高度

根据H_max和B计算出盒形件的最大相对高度

步骤6：确定盒形件的拉深系数m

步骤6-1：若盒形件为正方盒形件，即A＝B时，则盒形件的拉深系数

步骤6-2：若盒形件为长方形盒形件，即A≠B时，则盒形件的拉深系数

步骤7：判定盒形件的类型

步骤7-1：根据上述测得的几何信息转角半径R、底面宽度B和最大高度H_max，通过公式计算盒形件的类型系数；

步骤7-2：若K^T＜0.4则盒形件为低盒形件，只需经过一次拉深便可成形；如果K^T≥0.4，盒形件为高盒形件，需经过多次拉深才能成形；

步骤8：按照盒形件高、低两种不同类型分别判定成形极限

步骤8-1：对于低盒形件拉深成形极限判定方法

根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得盒形件的许用极限拉深系数m^limit、许用最大转角高度比和许用最大相对高度将计算得到的实际值与知识库中的成形极限值进行对比，如果m＞m^limit、说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象；

步骤8-2：对于高盒形件拉深成形极限判定方法

步骤8-2-1：计算高盒形件的总拉深系数，具体步骤与低盒形件相同，如果盒形件为正方盒形件，即A＝B，盒形件的总拉深系数如果盒形件为长方形盒形件，即A≠B，盒形件的总拉深系数

步骤8-2-2：根据总拉深系数m_∑和盒形件毛料的相对厚度C^δ，在拉深零件知识库中进行查询，得到高盒形件成形所需的拉深次数N，记m_j为第j次拉深的拉深系数，其中j＝1，2，…，N，再根据拉深次数N、盒形件毛料的相对厚度C^δ在知识库中查询高盒形件每次所能得到的许用最大相对高度

步骤8-2-3：根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得高盒形件的各次许用极限拉深系数和许用最大转角高度比

步骤8-2-4：将上述计算得到的高盒形件的各项成形参数实际值和知识库中查询得到的极限值进行比对分析，如果 说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象。

本发明的有益效果在于：1)该判定方法，适应新机研制中“并行工程”快节奏的运作模式，采用CAD软件计算板制拉深盒形件的各项成形性能参数，再与盒形件的成形极限值进行比较和分析，从而判定该类型零件外形结构和加工工艺的合理性。解决了技术人员经验不足对零件可加工性作出的错误判断，具有重要的实用价值。2)该判定方法通用性强、涉及面广、容易掌握，可借鉴不同材料、不同结构盒形件的成形极限判定。3)该判定方法提前预测了零件成形缺陷，降低了生产成本、加快了研制进度。4)该方法以数据指导、说服力强，容易推广实现。

以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。

附图说明

图1是盒形件结构示意图

图2是腹板圆角区与腹板区的相交线

图3是腹板圆角区和侧壁转角区的相交线

图4是凸缘圆角区外形面及其轮廓线

图5是沿轮廓线离散凸缘圆角区外形面的结果

图6是凸缘圆角区外形面截面线离散

图7是盒形件拉深高度测量机理图

图8是盒形件工艺性评估知识库表达形式示意图

图中编号说明：1腹板区、2腹板圆角区、3侧壁区、4侧壁转角区、5凸缘圆角区、6凸缘区

具体实施方式

如图1-8所示，一种板制盒形件拉深极限的判定方法，包括以下步骤：

步骤1:确定盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀

步骤1-1:应用CAD软件对盒形件的几何信息进行提取，将盒形件分解为腹板区1、腹板圆角区2、侧壁区3、凸缘区6和凸缘圆角区5五部分，测其材料厚度为δ、计算毛料直径为D₀

步骤1-2:根据材料厚度和毛料直径计算出盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀；

步骤2:确定盒形件的相对转角半径C^B

步骤2-1:提取腹板圆角区2与腹板区1的相交线L^WO，测量L^WO两条对边的间距，取长度较小值记为盒形件的底面宽度B，取长度较大值记为盒形件的底面长度A，如果A＝B，盒形件为正方盒形件，否则为长方形盒形件

步骤2-2:提取腹板圆角区2和侧壁区3上的侧壁转角区4的相交线L^WA,测量L^WA的圆心角θ和弧长L₀，计算盒形件的转角半径

步骤2-3:根据转角半径R和底面宽度B计算出盒形件的相对转角半径C^B＝R/B；

步骤3:确定盒形件的最大高度H_max

步骤3-1:提取盒形件凸缘圆角区5外形面S^UA与凸缘区6的过渡线L^FA

步骤3-2:测量L^FA的总长度记作L,以间距ΔL等长度离散，得到L^FA上的n个离散点P_i ^B，其中i＝1，2，…，n，其中ΔL＝(5-10)mm，过离散点P_i构造L^FA的法平面F_i ^N与凸缘圆角区5外形面S^UA相交构成凸缘圆角区5外形面截面曲线其中i＝1，2，…，n。

步骤3-3:将长度为l_i的凸缘圆角区5外形面截面曲线以间距0.1mm进行离散得到m_i个离散点，其中m_i＝10l_i+1，n条凸缘圆角区5外形面截面曲线共得到个离散点其中i＝1，2，…，n；k＝1，2，…，m_i

步骤3-4:过离散点构造垂直于腹板区1所在平面F^WU的直线直线与平面F^WU的交点记为离散点到腹板面的距离编辑所有的D_ik，取盒形件最大高度H_max＝max(D_ik)；

步骤4:确定盒形件的最大转角高度比

根据最大高度H_max和转角半径R计算得到盒形件最大转角高度比

步骤5:确定盒形件的最大相对高度

根据H_max和B计算出盒形件的最大相对高度

步骤6：确定盒形件的拉深系数m

步骤6-1：若盒形件为正方盒形件，即A＝B，则盒形件的拉深系数

步骤6-2：若盒形件为长方形盒形件，即A≠B，则盒形件的拉深系数

步骤7：判定盒形件的类型

步骤7-1：根据上述测得的几何信息转角半径R、底面宽度B和最大高度H_max，通过公式计算盒形件的类型系数

步骤7-2：若K^T＜0.4则盒形件为低盒形件，只需经过一次拉深便可成形；如果K^T≥0.4，盒形件为高盒形件，需经过多次拉深才能成形；

步骤8：按照盒形件高、低两种不同类型分别判定成形极限

步骤8-1：对于低盒形件拉深成形极限判定方法

根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得盒形件的许用极限拉深系数m^limit、许用最大转角高度比和许用最大相对高度将计算得到的实际值与知识库中的成形极限值进行对比，如果m＞m^limit、说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象；

步骤8-2：对于高盒形件拉深成形极限判定方法

步骤8-2-1：计算高盒形件的总拉深系数，具体步骤与低盒形件相同，如果盒形件为正方盒形件，即A＝B，盒形件的总拉深系数如果盒形件为长方形盒形件，即A≠B，盒形件的总拉深系数

步骤8-2-2：根据总拉深系数m_∑和盒形件毛料的相对厚度C^δ，在拉深零件知识库中进行查询，得到高盒形件成形所需的拉深次数N，记m_j为第j次拉深的拉深系数，其中j＝1，2，…，N。再根据拉深次数N盒形件毛料的相对厚度C^δ在知识库中查询高盒形件每次所能得到的许用最大相对高度

步骤8-2-3：根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得高盒形件的各次许用极限拉深系数和许用最大转角高度比

步骤8-2-4：将上述计算得到的高盒形件的各项成形参数实际值和知识库中查询得到的极限值进行比对分析，如果 说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象。

实际操作时，如图1所示。

1.对盒形件的几何信息进行提取，首先提取腹板圆角区2与腹板区1的相交线L^WO，测量其对边之间的距离，从而获得盒形件底面的长度A和宽度B，如图2所示。提取腹板圆角区2和侧壁转角区4的相交线L^WA，测量得到盒形件转角半径R，如图3所示。提取盒形件凸缘圆角区5外形面S^UA，如图4所示，对S^UA进行离散得到n条截面曲线(i＝1，2，…，n)，如图5所示，对截面曲线进行离散得到m_i个离散点，如图6所示，n条凸缘圆角区5截面线共得到个离散点测量所有离散点到腹板面1的距离，取其中最大值为H_max，即为盒形件最大高度，如图7所示。根据上述的获得的几何信息，结合盒形件材料厚度δ和毛料直径D₀计算盒形件毛料相对厚度C^δ、相对转角半径C^B、最大转角高度比和最大相对高度

2.根据测得的几何信息R、B和H_max，通过公式计算盒形件的类型系数，若K^T＜0.4则盒形件为低盒形件，只需经过一次拉深便可成形；如果K^T≥0.4，盒形件为高盒形件，需经过多次拉深才能成形。针对不同类型的盒形件进行相应的成形极限判定。

3.对于低盒形件，根据获得的几何信息计算其拉深系数m。根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，如图8所示，获得盒形件的许用极限拉深系数m^limit、许用最大转角高度比和许用最大相对高度将计算得到的实际值与知识库中的成形极限值进行对比，如果m＞m^limit、 说明盒形件的工艺性良好，如果实际值超出极限值范围，则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象。

4.对于高盒形件，首先计算总拉深系数m_∑，根据总拉深系数m_∑和盒形件毛料的相对厚度C^δ，在拉深零件知识库中进行查询，得到高盒形件成形所需的拉深次数N，记m_j为第j次拉深的拉深系数(j＝1，2，…，N)。再根据拉深次数N和形件毛料的相对厚度C^δ在知识库中查询高盒形件每次所能得到的许用最大相对高度根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得高盒形件的各次许用极限拉深系数和许用最大转角高度比如果说明盒形件的工艺性良好，如果实际值超出极限值范围，则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象。

Claims (1)

1.一种板制盒形件拉深极限的判定方法，其特征在于步骤如下：

步骤1:确定盒形件毛料的相对厚度C^δ

步骤1-1:应用CAD软件对盒形件的几何信息进行提取，将盒形件分解为腹板区、腹板圆角区、侧壁区、凸缘区和凸缘圆角区五部分，测其材料厚度为δ、计算毛料直径为D₀；

步骤1-2:根据材料厚度和毛料直径计算出盒形件毛料的相对厚度C^δ＝δ/D₀；

步骤2:确定盒形件的相对转角半径C^B

步骤2-1:提取腹板圆角区与腹板区的相交线L^WO，测量L^WO两条对边的间距，取长度较小值记为盒形件的底面宽度B，取长度较大值记为盒形件的底面长度A，如果A＝B，盒形件为正方盒形件，否则为长方形盒形件；

步骤2-2:提取腹板圆角区和侧壁区上的侧壁转角区的相交线L^WA,测量L^WA的圆心角θ和弧长L₀，计算盒形件的转角半径

步骤2-3:根据转角半径R和底面宽度B计算出盒形件的相对转角半径C^B＝R/B；

步骤3:确定盒形件的最大高度H_max

步骤3-1:提取盒形件凸缘圆角区外形面S^UA与凸缘区的过渡线L^FA；

步骤3-2:测量L^FA的总长度记作L,以间距ΔL等长度离散，得到L^FA上的n个离散点P_i ^B，其中i＝1，2，…，n；其中ΔL＝(5-10)mm，过离散点P_i ^B构造L^FA的法平面F_i ^N与凸缘圆角区外形面S^UA相交构成凸缘圆角区外形面截面曲线其中i＝1，2，…，n；

步骤3-3:将长度为l_i的凸缘圆角区外形面截面曲线以间距0.1mm进行离散得到m_i个离散点，其中m_i＝10l_i+1，n条凸缘圆角区外形面截面曲线共得到个离散点其中i＝1，2，…，n；k＝1，2，…，m_i；

步骤3-4:过离散点构造垂直于腹板区所在平面F^WU的直线直线与平面F^WU的交点记为离散点到腹板面的距离为编辑所有的D_ik，取盒形件最大高度H_max＝max(D_ik)；

步骤4:确定盒形件的最大转角高度比

根据最大高度H_max和转角半径R计算得到盒形件最大转角高度比

步骤5:确定盒形件的最大相对高度

根据H_max和B计算出盒形件的最大相对高度

步骤6：确定盒形件的拉深系数m

步骤6-1：若盒形件为正方盒形件，即A＝B时，则盒形件的拉深系数

步骤6-2：若盒形件为长方形盒形件，即A≠B时，则盒形件的拉深系数

步骤7：判定盒形件的类型

步骤7-1：根据上述测得的几何信息转角半径R、底面宽度B和最大高度H_max，通过公式计算盒形件的类型系数；

步骤7-2：若K^T＜0.4则盒形件为低盒形件，只需经过一次拉深便可成形；如果K^T≥0.4，盒形件为高盒形件，需经过多次拉深才能成形；

步骤8：按照盒形件高、低两种不同类型分别判定成形极限

步骤8-1：对于低盒形件拉深成形极限判定方法

根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得盒形件的许用极限拉深系数m^limit、许用最大转角高度比和许用最大相对高度将计算得到的实际值与知识库中的成形极限值进行对比，如果m＞m^limit、说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象；

步骤8-2：对于高盒形件拉深成形极限判定方法

步骤8-2-1：计算高盒形件的总拉深系数，具体步骤与低盒形件相同，如果盒形件为正方盒形件，即A＝B，盒形件的总拉深系数如果盒形件为长方形盒形件，即A≠B，盒形件的总拉深系数

步骤8-2-2：根据总拉深系数m_∑和盒形件毛料的相对厚度C^δ，在拉深零件知识库中进行查询，得到高盒形件成形所需的拉深次数N，记m_j为第j次拉深的拉深系数，其中j＝1，2，…，N，再根据拉深次数N、盒形件毛料的相对厚度C^δ在知识库中查询高盒形件每次所能得到的许用最大相对高度

步骤8-2-3：根据盒形件毛料相对厚度C^δ和相对转角半径C^B在拉深零件知识库中进行查询，获得高盒形件的各次许用极限拉深系数和许用最大转角高度比

步骤8-2-4：将上述计算得到的高盒形件的各项成形参数实际值和知识库中查询得到的极限值进行比对分析，如果 说明盒形件的工艺性良好，否则说明盒形件的工艺性存在问题，在加工过程中存在失稳现象。