CN111914350A - 一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法 - Google Patents

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郑炜
席菁宇
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Abstract

本发明公开了一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，通过对框肋类钣金件弯边的离散，计算、测量弯边系数及其它成形参数，取其极限值后，通过与成形参数数据库对比判断框肋类钣金件弯边可成形性，其特征在于包括如下步骤：第一步，建立成形参数数据库；第二步，提取特征；第三步，曲面离散；第四步，构建截面线段；第五步，曲线弯边系数计算；第六步，极值分析及成形性判断。本发明提出了一种通过提取框肋类钣金件弯边结构特征，对其进行等距离散的评估方法，实现弯边几何结构参数的自动评估，提高弯边成形性判定的速度及准确性。

Description

一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法
技术领域
本发明涉及飞机零部件数字制造技术领域，特别是一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法。
背景技术
飞机框肋零件有框、框缘、通风口、剪切片、角材、加强肋等典型零件，其结构要素主要有腹板、弯边、减轻孔、加强槽、加强窝、长桁缺口、下陷等。框肋零件结构特征体现为腹板、弯边以及各结构要素之间的相互结合，主要采用橡皮囊液压成形的成形工艺。
框肋零件弯边包括：直线弯边、曲线弯边，曲线弯边又分为凸曲线弯边和凹曲线弯边。弯边成形参数包括：弯曲半径r、弯曲角度θ、弯边高度H和弯曲线半径R(即弯边线曲率半径)。成形性判断是指在加工过程中是否出现起皱和破裂等问题。引起弯边起皱、破裂的因素包括凸弯边高度、弯边系数和弯边半径参数不合理。
目前，飞机框肋类钣金件弯边成形性是工艺人员通过对模型进行测量后，取值带入成形系数公式，计算出弯边系数，并结合测量参数对比成形极限值得出能否成形的结论。飞机框肋类钣金件因其结构复杂的特点，通常弯边高度、弯曲角度、弯曲半径是随着飞机理论外形变化的，其成形参数的准确性主要依靠个人经验积累及CEA软件成熟程度，其结果将直接影响产品的质量、周期和成本。
发明内容
为了解决上述问题，我们提供了一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，通过对框肋零件弯边的离散，计算、测量弯边系数及其它成形参数，取其极限值后，通过与成形参数数据库对比判断框肋类钣金件弯边可成形性。
第一步，建立成形参数数据库。按照HB 0-17-2003、HB 0-18-2003、航空手册及试验参数等，构建各种材料不同状态、不同规格(厚度)的最小弯曲半径r、弯曲角度θ、极限弯边高度和弯曲线半径、材料参数及橡皮囊液压机设备参数等数据库。
第二步，提取特征。根据框肋零件理论模型，提取框肋零件弯边外表面
Figure BDA0002571074920000021
及弯边外圆角边线作为轮廓线
Figure BDA0002571074920000022
第三步，曲面离散。对轮廓线
Figure BDA0002571074920000023
进行等距离离散，轮廓线
Figure BDA0002571074920000024
弧长为lj，离散间距为dj，形成离散点
Figure BDA0002571074920000025
其中dj＝5～10mm，离散间距的设置影响计算时间和计算精确度。一般建议，弯边曲率半径小于500时设置离散间距为5mm，离散点个数为Qj＝lj/dj+1。
第四步，构建截面线段。过离散点
Figure BDA0002571074920000026
做轮廓线
Figure BDA0002571074920000027
的法平面
Figure BDA0002571074920000028
与提取面
Figure BDA0002571074920000029
相交，形成切向连续的截面曲线段Ljt。框肋零件弯边分为圆角段和弯边段，
Figure BDA00025710749200000210
与弯边圆角面和弯边面相交，形成圆角面曲线段
Figure BDA00025710749200000211
和弯边面曲线段
Figure BDA00025710749200000212
以
Figure BDA00025710749200000213
和
Figure BDA00025710749200000214
共同构成切向连续的截面曲线段Ljt，根据各离散点的截面曲线段信息可以得到所在点处的弯边高度、弯曲半径和弯边曲率半径。
第五步，曲线弯边系数计算。通过第四步已知各离散点处的弯边高度、弯边曲率半径，计算凸曲线弯边系数K,若K≤Ke在弯边一次成形过程中，弯边部分不产生褶皱；
公式1：
Figure BDA0002571074920000031
计算凹曲线弯边系数K,若K≤Kt弯边一次成形过程中，弯边部分不发生破裂。
公式2：
Figure BDA0002571074920000032
式中K——弯边系数，％
H——弯边高度
R——弯边曲率半径
Ke——凸曲线极限弯边系数
Kt——凹曲线极限弯边系数
第六步，极值分析及成形性判断。根据上述第四、五步，获得的弯边成形参数，包括零件最大弯边高度H、最小弯曲半径r和最小弯曲线半径R、弯边系数K，通过访问数据库对比成形极限系数，判定弯边可成形性。
本发明的有益效果：本发明实现了基于MBD模型的飞机框肋类钣金件弯边成形性数字化评估，提出了一种通过提取框肋零件弯边结构特征，对其进行等距离散的评估方法，通过对截面曲线段的分析，实现弯边几何结构参数的自动评估，提高弯边成形性判定的速度及准确性。
附图说明
图1框肋类钣金件工艺审查逻辑关系图
图2框肋零件示意图
图3框肋零件弯边特征面示意图
图4零件特征提取示意图
图5弯边离散局部示意图
图中编号说明：1框肋钣金件、2弯边外圆角、3凸弯边外表面、4弯边轮廓线、5离散点、6法平面、7截面曲线圆角段、8弯边面曲线段。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例
参看图1-图5，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细描述。
图1为本发明提出的飞机框肋类钣金件1弯边成形性判定方法实现的具体流程，该方法实现的主要步骤如下：
根据框肋类钣金件1三维模型如图2所示，提取零件特征要素：凸弯边外表面3，因凸弯边是变曲率，曲面不连续，需将曲面接合；弯边轮廓线4，同样需要接合曲线，如图4所示。
应用框肋零件弯边评估功能，对弯边轮廓线4进行等距离离散，形成离散点5，弯边轮廓线4弧长为1776.185mm，离散间距为dj＝5离散点个数为355个。
过离散点5，如图5所示(局部示意)，做弯边轮廓线4的法平面6，法平面6与凸弯边外表面3相交，形成切向连续的截面曲线段，截面曲线段由截面曲线圆角段7和弯边面曲线段8。分析各离散点的截面曲线段信息，可以得到框肋类钣金件1凸弯边最大弯边高度H为26.725mm、弯曲外半径r为4.27mm和最小弯曲线半径R为634.125mm。
根据框肋类钣金件1最大弯边高度H和最小弯曲线半径R，计算凸曲线弯边系数K。带入公式1，计算得出K为4.04％。
按照框肋类钣金件1三维模型信息，零件材料牌号为2024，材料状态O态，δ1.27mm，橡皮囊液压成形压力为40MPa，查询数据库获得极限弯边系数Ke为13.9％，K≤Ke；最小弯曲外径r修光2.921mm，小于零件弯曲外半径4.27mm；最大弯边高度H为27mm，大于弯边高度26.725mm；成形参数满足极限系数要求，凸弯边一次成形过程中，弯边部分不产生褶皱，判定弯边具有可成形性。
为了满足航空产品使用需求，框肋类钣金件弯边成形性判定方法可利用CATIA的二次开发工具CAA实现，其特点是有较好的适应性。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，通过对框肋类钣金件弯边的离散，计算、测量弯边系数及其它成形参数，取其极限值后，通过与成形参数数据库对比判断框肋类钣金件弯边可成形性，其特征在于包括如下步骤：
第一步，建立成形参数数据库；
第二步，提取特征；
第三步，曲面离散；
第四步，构建截面线段；
第五步，曲线弯边系数计算；
第六步，极值分析及成形性判断。
2.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第一步，建立成形参数数据库，具体过程为：按照HB 0-17-2003、HB 0-18-2003、航空手册及试验参数，构建各种材料不同状态、不同厚度的最小弯曲半径r、弯曲角度θ、极限弯边高度和弯曲线半径、材料参数及橡皮囊液压机设备参数的数据库。
3.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第二步，提取特征，具体过程为：根据框肋零件理论模型，提取框肋零件弯边外表面
Figure FDA0002571074910000011
及弯边外圆角边线作为轮廓线
Figure FDA0002571074910000012
4.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第三步，曲面离散，具体过程为：对轮廓线
Figure FDA0002571074910000013
进行等距离离散，轮廓线
Figure FDA0002571074910000014
弧长为lj，离散间距为dj，形成离散点
Figure FDA0002571074910000015
(t＝1,2,…,Qj)，其中dj＝5～10mm，离散间距的设置影响计算时间和计算精确度，弯边曲率半径小于500时设置离散间距为5mm，离散点个数为Qj＝lj/dj+1。
5.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第四步，构建截面线段，具体过程为：过离散点
Figure FDA0002571074910000021
(t＝1,2,…,Qj)做轮廓线
Figure FDA0002571074910000022
的法平面
Figure FDA0002571074910000023
与提取面
Figure FDA0002571074910000024
相交，形成切向连续的截面曲线段Ljt，框肋零件弯边分为圆角段和弯边段，
Figure FDA0002571074910000025
与弯边圆角面和弯边面相交，形成圆角面曲线段
Figure FDA0002571074910000026
和弯边面曲线段
Figure FDA0002571074910000027
以
Figure FDA0002571074910000028
和
Figure FDA0002571074910000029
共同构成切向连续的截面曲线段Ljt，根据各离散点的截面曲线段信息可以得到所在点处的弯边高度、弯曲半径和弯边曲率半径。
6.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第五步，极限弯边系数计算，具体计算过程为：
通过第四步已知各离散点处的弯边高度、弯边曲率半径，计算凸曲线弯边系数K,若K≤Ke在弯边一次成形过程中，弯边部分不产生褶皱
公式1：
Figure FDA00025710749100000210
计算凹曲线弯边系数K,若K≤Kt弯边一次成形过程中，弯边部分不发生破裂
公式2：
Figure FDA00025710749100000211
式中K——弯边系数，％
H——弯边高度
R——弯边曲率半径
Ke——凸曲线极限弯边系数
Kt——凹曲线极限弯边系数。
7.根据权利要求1所述的一种飞机框肋类钣金件弯边成形性判定方法，其特征在于所述的第六步，极值分析及成形性判断，具体过程为：根据上述第四、五步，获得的弯边成形参数，分析、判断获得数据中最大弯边高度H、最小弯曲半径r和最小弯曲线半径R、弯边系数K，通过访问数据库对比成形极限系数，判定弯边可成形性。
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