CN107679309A - 一种双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法，包括测量零件数字模型的有关数据，计算零件的中性层半径并创建中性层曲面，中性层曲面由圆角区域及其两侧的第一曲面和第二曲面组成，在此基础上，确定要先成型的曲面，获得零件的成型过程，之后借助有限元分析工具等，制作零件的展开数字模型，最后按照展开数字模型加工展开料。本发明的方法能够保证零件成型结果的准确性，缩短展开料的制作周期和流程。本发明的方法不仅可用于飞机双曲度弯边类钣金零件展开料的制作，还可以用于航天以及汽车双曲度弯边类钣金零件展开料的制作。

Description

一种双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法
技术领域
本发明涉及一种基于数模的钣金零件展开料的制作方法，具体地说，是关于双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法。
背景技术
钣金零件展开料主要用于零件的弯曲，拉伸成型中，对于零件的成型结果至关重要。目前国内在飞机双曲度钣金零件的加工方法上，采用传统的将加工好的零件还原为平面展开料的方法。不足之处是这种制作方法获得展开料还必须通过逆向测量，才能转化为数控机床可以加工的数字量。这种方法转换过程中展开料的尺寸精度会降低，而且制作的周期长，工程应用性差。为此，需要研究一种双曲度钣金零件展开料的制作方法，以保证零件成型结果的准确性。
发明内容
为了克服现有技术中的上述缺点，本发明提供一种能够保证零件成型结果的准确性，缩短展开料的制作周期和流程的双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明的方法通过计算以及工艺分析获得零件的成型过程，借助有限元分析工具以及计算机，制作零件的展开料。本发明的方法不仅可用于飞机双曲度弯边类钣金零件展开料的制作，还可以用于航天以及汽车双曲度弯边类钣金零件展开料的制作。
本发明的双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法包括以下步骤：
步骤一：测量零件数字模型的R内，R外，t，其中
R内----零件弯曲部分内半径，
R外----零件弯曲部分外半径，
t----零件材料的原始厚度；
步骤二：计算零件的中性层半径ρ，中性层半径ρ计算公式如下：
式中β----变薄系数，
t1----零件材料的变薄后的厚度；
步骤三：根据计算所得的中性层半径ρ，在零件数字模型上创建中性层曲面，中性层曲面由圆角区域及其两侧的第一曲面和第二曲面组成；
步骤四：在零件数字模型的第一曲面上取任意三点创建第一平面，在零件数字模型的第二曲面上取任意三点创建第二平面。测量d1，d2，S1，S2
S1----第一曲面的面积，
S2----第二曲面的面积，
d1---第一曲面与第一平面之间的最大距离，
d2---第二曲面与第二平面之间的最大距离；
步骤五：根据步骤四中测量的参数，确定零件成型的先后顺序：
若d1>d2,则先成型第二曲面，
若d1<d2,则先成型第一曲面，
若d1＝d2，那么如果S1>S2,则先成型第一曲面，而如果S1<S2,则先成型第二曲面；
若d1＝d2，并且S1＝S2,则比较两个曲面轮廓的复杂程度，外形复杂高的优先成型；
步骤六：根据步骤五的确定结果，在零件数字模型上，创建先成型曲面的外形支撑面；
步骤七：将零件数字模型的中性层面以及所述创建的外形支撑面进行网格划分；
步骤八：将后成型的曲面在划分网格后的外形支撑面上进行展开，然后再将展开结果在创建的与先成型曲面对应的平面上展开；
步骤九：制作并输出展开数字模型；
步骤十：将输出的展开数字模型在零件的成型工装上进行验证和比对，按照比对后的差异数值，修正展开数字模型；
步骤十一：使用数控机床按照展开数字模型加工展开料。
进一步地，在所述网格划分中，最小网格的大小L为L≦R内/5，从而可在不增加计算时间的前提下，满足工程制造精度的要求。
本发明的方法通过计算以及工艺分析，确定先成型曲面，获得零件的成型过程，在此基础上借助有限元分析工具等，制作零件的展开数字模型，然后加工展开料。与现有技术相比，本发明的方法缩短了展开料的制作周期和流程，提高展开料的制作精度。展开料的制作周期由以前的3天，缩短至现在的1天，展开料的制作精度由±1mm，提高到现在的±0.5mm。
附图说明
图1是典型零件图；
图2是图解说明按照本发明的方法创建的第一曲面和第二曲面，以及对应的第一平面和第二平面的示图；
图3是图解说明按照本发明的方法创建的先成型曲面的外形支撑面的示图。
附图中代号注解如下：1为典型零件，2为中性层面的第一曲面，3为中性层面的第二曲面，4为零件弯曲部分内半径R内，5为零件材料原始厚度t，6为零件弯曲部分外半径R外，7为第一平面,8为第二平面，9为第二曲面与第二平面之间的最大距离d2，10为第一曲面与第一平面之间的最大距离d1，11为先成型曲面的外形以及边界，12为先成型曲面的外形支撑面以及边界。
具体实施方式
下面参考附图，结合具体实施例对本发明的双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法作进一步详细描述：
图1是典型零件图。
在本发明的方法中，首先在步骤一，如图1所示，利用计算机辅助设计软件，比如CATIA软件中的测量功能，测量零件1的分别用附图标记4、6和5表示的弯曲部分内半径R内，弯曲部分外半径R外，零件材料原始厚度t，
图1中所示零件的测量数值如下：
R内＝8mm，R外＝10mm，t＝2mm。
随后在步骤二，计算零件的中性层半径ρ，中性层半径ρ计算公式如下：
式中β----变薄系数，
t1----零件材料的变薄后的厚度；
β可以通过计算所得，亦可以通过查询钣金工具书，比如航空制造工程手册-飞机钣金工艺获得。在本实施例中，β＝1.0,因此
之后在步骤三，根据计算所得的中性层半径ρ，在计算机辅助软件，比如CATIA软件中，使用曲面偏移功能，创建中性层曲面，所述中性层曲面由圆角区域及其两侧的第一曲面2和第二曲面3组成。
接下来在步骤四，使用计算机辅助软件，比如CATIA软件中的平面创建功能，在第一曲面2上取任意三点创建第一平面7，在第二曲面3上取任意三点创建第二平面8，如图2所示。测量S1，S2，d1，d2，其中：
S1----第一曲面2的面积，
S2----第二曲面3的面积，
d1---第一曲面2与第一平面7之间的最大距离10，
d2---第二曲面3与第二平面8之间的最大距离9，
本例中，通过测量得到S1＝0.012㎡，d1＝3mm，S2＝0.0045㎡，d2＝44mm。
随后在步骤五，根据在上述步骤中测量的参数，确定零件成型的先后顺序，方法如下：
若d1>d2,则先成型第二曲面3；
若d1<d2,则先成型第一曲面2；
若d1＝d2，且S1>S2,则先成型第一曲面2；而如果S1<S2,则先成型第二曲面3；
若d1＝d2，且S1＝S2,则比较两个曲面轮廓的复杂程度，外形复杂高的优先成型。
依据本例中的零件，由于d1<d2，因此先成型第一曲面2。
之后在步骤六，在计算机辅助软件，比如CATIA软件中利用曲面延伸的功能创建先成型曲面的外形支撑面。如图3所示，创建第一曲面2的外形支撑面12。另外，图3中表示了先成型曲面的外形以及边界11。
然后在步骤七，将零件中性层面以及外形支撑面导入到有限元软件，比如PAM-STAMP软件中进行网格划分。在所述网格划分中，最小网格的大小L为L≦R内/5，从而可在不增加计算时间的前提下，满足工程制造精度的要求。
就本例来说，L≦8/5mm，即L≦＝1.6mm。
随后在步骤八，在有限元软件，比如PAM-STAMP软件中，先将后成型的曲面在外形支撑面上进行展开，然后再将展开结果在平面上展开。对于如图1所示的零件，将第二曲面3在外形支撑面12上展开，再将支撑面12上的结果在第一平面7上展开。
接下来，在步骤九，在有限元软件，比如PAM-STAMP软件中，使用创建边界的功能制作展开数字模型，并输出展开数字模型，比如打印在PCM图上。
随后在步骤十，将比如打印在PCM图上的输出展开数字模型在零件的成型工装上进行验证和比对，按照比对后的差异数值，在诸如AUTOCAD之类的计算机辅助软件中修正展开数字模型。
最后在步骤十一，使用数控机床，比如数控平板下料铣床按照展开数模加工展开料。
上述说明中的利用比如CATIA软件中的曲面延伸功能，创建先成型曲面的外形支撑面，利用比如PAM-STAMP软件中进行网格划分，展开后成型的曲面，制作展开数字模型等，以及利用AUTOCAD之类的计算机辅助软件，修正展开数字模型，都为本领域的技术人员所熟知，在本领域的技术人员的能力范围之内，不再详细说明。

Claims (2)

1.一种双曲度弯边类钣金零件展开料的制作方法，包括以下步骤：
步骤一：测量零件数字模型的零件弯曲部分内半径R内，零件弯曲部分外半径R外，和零件材料原始厚度t；
步骤二：计算零件的中性层半径ρ，中性层半径ρ计算公式如下：
式中β----变薄系数，
t1----零件材料的变薄后的厚度；
步骤三：根据计算所得的中性层半径ρ，在零件数字模型上创建中性层曲面，中性层曲面由圆角区域及其两侧的第一曲面和第二曲面组成；
步骤四：在零件数字模型的第一曲面上取任意三点创建第一平面，在零件数字模型的第二曲面上取任意三点创建第二平面，测量第一曲面与第一平面之间的最大距离d1，第二曲面与第二平面之间的最大距离d2，第一曲面的面积S1和第二曲面的面积S2；
步骤五：根据步骤四中测量的参数，确定零件成型的先后顺序：
若d1>d2,则先成型第二曲面，
若d1<d2,则先成型第一曲面，
若d1＝d2，那么如果S1>S2,则先成型第一曲面，而如果S1<S2,则先成型第二曲面；
若d1＝d2，并且S1＝S2,则比较两个曲面轮廓的复杂程度，外形复杂高的优先成型；
步骤六：根据步骤五的确定结果，在零件数字模型上，创建先成型曲面的外形支撑面；
步骤七：将零件数字模型的中性层面以及所述创建的外形支撑面进行网格划分；
步骤八：将后成型的曲面在划分网格后的外形支撑面上进行展开，然后再将展开结果在创建的与先成型曲面对应的平面上展开；
步骤九：制作并输出展开数字模型；
步骤十：将输出的展开数字模型在零件的成型工装上进行验证和比对，按照比对后的差异数值，修正展开数字模型；
步骤十一：使用数控机床按照展开数字模型加工展开料。
2.按照权利要求1所述的方法，其中在所述网格划分中，最小网格的大小L为L≦R内/5。
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