蒙皮拉伸成形装备及其数值模拟研究

<正>拉伸成形是飞机蒙皮零件的主要成形方式之一,而拉形过程中选用合适、先进的拉形设备对成形质量影响很大。在工艺技术中,加载轨迹的设计、回弹现象以及多点柔性模拉形中弹性垫层的影响是蒙皮拉形工艺中的关键因素。在有限元仿真软件中,通过对主要工艺参数进行仿真分析,验证工艺方法的有效性与准确性,可提前预测蒙皮成形质量。拉伸成形是飞机蒙皮零件的主要成形方式之一,而拉形过程中选用合适、先进的拉形设备对成形质量影响很大。在工艺技术中,加载轨迹的     

飞机蒙皮拉伸成形工艺参数优化

拉伸成形是飞机板金的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形常见的缺陷及影响因素,简述了最优化理论结合数值模拟优化工艺参数的必要性。以双曲度蒙皮为例,分析了产生回弹的机理和影响因素。采用正交试验设计建立响应曲面,序列二次规划和混合整数优化相结合的优化算法,以厚度减薄率为约束条件,对成形工艺参数预拉伸率进行优化,并对优化结果进行试验验证。结果表明优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹减小了21.87%。     

蒙皮拉形工艺优化系统接口技术

针对有限元数值模拟在板料成形工艺分析与参数优化方面出现的瓶颈问题,采用批处理命令集、脚本文件和宏命令为数据接口,基于ISIGHT为优化策略和ABAQUS为有限元模拟平台,搭建飞机蒙皮拉形工艺优化系统,实现成形工艺参数分析的自动寻优.利用该系统实现单凸双曲度蒙皮拉形预拉伸率优化,并进行试验验证,结果表明,优化拉形工艺参数后零件变形均匀程度提高,回弹明显减小.     

复杂凸凹曲率飞机蒙皮充液成形技术研究与应用

随着飞机气动、隐身等性能要求的提高,飞机外形曲率更加异形化,大量应用复杂凸凹曲率蒙皮,传统的拉伸成形方法已经不能完全满足新一代飞机蒙皮加工的要求。基于生产某型号飞机复杂凸凹曲率蒙皮这一背景,介绍了充液成形基本原理及关键技术,利用有限元数值模拟方法,分析板材充液成形过程中液室压力、厚度减薄率、板材失稳及贴胎度的变化规律,优化工艺参数,并且根据数值模拟结果指导工业生产。理论分析和现场实践证明:充液成形技术为复杂凸凹曲率蒙皮零件的制造提供了新的工艺方法,满足新一代飞机的凸凹曲率外形蒙皮的制造要求。     

基于有限元模拟的三维型材拉弯轨迹设计

针对三维型材拉弯,提出一种基于变形控制有限元模拟的轨迹设计方法。首先提取模具长度方向特征线并将其离散成诸多线段单元,这样毛料逐步包覆模具的过程就变成毛料包覆这些线段单元的过程。给定毛料依次包覆线段单元发生的变形,根据切线接触条件（拉弯成形过程中毛料离开模具的位置处两者相切）计算出每步毛料末端位移。将这些位移作为边界条件输入有限元模型中计算毛料应力、应变和回弹。根据成形极限图和规定最大回弹超差量来调整变形模式,找到优化的变形模式和拉弯轨迹。以中空矩形截面型材三维拉弯为例,给出了轨迹设计的详细流程。     

型材下陷成形回弹补偿算法

下陷成形是一种适用于飞机长桁零件制造的成形工艺,成形后零件发生回弹,并且腹板上方缘条回弹量较大。因此,要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,消除回弹对成形精度的影响。本文针对型材下陷成形提出了一种基于有限元计算的平整性修模与下陷深度修模结合的模具型面迭代修正算法,并应用该算法对角型材、角形带弯钩型材及Z字型材三种型材的下陷零件进行了修模计算分析。从对计算结果的分析中,证明了该回弹补偿方法具有计算精度高、收敛速度快的优点。     

整体壁板时效成形的回弹预测及模面补偿技术

时效成形是一种用于制造飞机整体壁板零件的成形工艺。由于其具有回弹量大的特点,需要开发一种准确预测成形后回弹量的方法,并在此基础上对模具型面进行补偿,以消除回弹对成形精度的影响。本文将有限元法应用于网格式高筋壁板时效成形及回弹的分析,并通过实验验证了有限元预测回弹量的准确性。提出了一种基于有限元回弹预测的适用于铝合金时效成形的模具型面补偿算法,并应用该算法进行了复杂高筋整体壁板局部件时效成形的修模计算分析。通过9次迭代计算,零件成形误差减小到0.4 mm以内,证明了该算法具有收敛速度快、精度高的优点。     

TA7钛合金蒙皮冷滚成形探讨

TA7钛合金蒙皮冷滚弯成形工艺方法简便,滚弯装置、坯料均不加热,可节约大量经费,是生产单曲率钛合金蒙皮的最经济的方法。本文根据TA7钛合金蒙皮的实际变形量,用最小弯曲半径r≥6t关系式和L_1σ_(s1)δ_1~2=L_2σ_(a2)δ_2~2厚度平方经验公式分析计算后认为,退火状态的TA7钛合金板用W11×2000×5三轴滚弯机可以冷滚成形上述蒙皮。用冷滚弯成形工艺制取的φ880×816×2mm筒形蒙皮和φ大880×φ小760×504×1.5mm锥形蒙皮的母线不直度、端面不平度,均满足设计要求。TA7冷滚弯蒙皮尚有少量正回弹,最佳反变形量的控制有待进一步研究解决。     

GH536帽罩翻边成形特性影响的数值分析

针对GH536燃烧室帽罩翻边异形孔边缘应力及变形难以控制问题,进行了翻边成形有限元研究,根据凸模形状及合模方式的不同,建立了3组翻边成形数值模型,探究了凸模形状及合模方式对GH536帽罩翻边成形异形孔边缘及环形凸起区域应力、塑性应变分布的影响,结果显示,凸模前缘过渡特征可增加成形区域应力分布均匀性,帽罩环形凸起区域两侧...     

高精度反射面板制造中边值问题的求解方法(英文)

采用三层铝板两层蜂窝芯的夹层结构制造高精度反射面板是一种先进、复杂的技术。其中,单层铝板的受力分析和夹层板的回弹计算是成形精度的根本保障。利用Fourier级数表示单层板应力函数、利用幂级数表示夹层板挠度函数,分别对高精度反射面板制造中单层板压贴和夹层板回弹两类边值问题进行了求解。与有限元模拟结果对比表明,本文提出的单层板压贴膜应力计算Fourier级数法具有较高精度;与试验结果对比表明,本文提出的夹层板回弹量幂级数法具有满意精度。     

面向航空铝合金薄壁深腔构件的冲击液压成形工艺优化

为实现冲击液压成形下LY12铝合金薄壁深腔构件的一道次成形,采用响应面法结合冲击液压成形实验进行成形中的工艺参数优化研究。以减薄率和贴模率为响应量,压边力和冲击压力为优化变量,建立响应量与优化变量间的响应模型。选择中心复合设计法进行实验设计,通过Design Expert 12软件设计实验方案,分别建立关于减薄率的一阶响应模型和关于贴模率的二阶响应模型。优化结果表明当压边力为1.443 MPa、冲击压力为12.594 MPa时可满足减薄率和贴模率优化条件。通过验证实验得到的筒形件其减薄率和贴模率与预测值相对误差不超过5%。研究结果表明建立的响应面模型准确性和预测性良好,采用优化后的工艺参数成形的筒形件满足减薄率和贴模率要求。     

面向对象的钣金成形有限元分析系统开发与应用

建立钣金成形有限元分析系统的最大优势在于建立了标准化的分析流程、工程化的分析参数,简化了分析步骤,提高了效率。每个用户能清楚知道有限元分析参数与实际工程参数之间的逻辑关系,有助于优化工艺参数,提高零件成形质量。但是,目前的钣金成形有限元分析系统还没有完全覆盖飞机全部的钣金成形工艺,特别是还没有涉及与机床轨迹相关的蒙皮拉伸、型材拉弯、导管弯曲工艺,需要在后续工作中不断补充完善。     

滚弯成形解析建模与数值分析

建立了考虑材料塑性强化的滚弯成形力学分析解析模型,推导出了应力应变、残余应力以及回弹半径计算公式.基于非线性有限元软件,对滚弯成形进行了动态模拟,对应力应变状态、塑性应变分布、残余应力以及回弹等进行了分析计算,结果表明:板料滚弯成形初始效应明显,下压点附近曲率不均匀;采用足够的滚弯时间后,中间段的曲率均匀度很好;成形半径与上辊下压量呈近似幂函数关系;多道次滚弯可以减小两端的曲率波动和最大应力应变.最后通过与滚弯成形试验数据的对比,分析和验证了解析模型与数值模型的适用性和精度.     

新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮拉伸成形特性试验研究

随着新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮在航空航天等高技术工业的应用日益广泛,新型Al-Li-Cu-Mg合金蒙皮拉伸成形特性已成为新型Al-Li-Cu-Mg合金板蒙皮成形质量精确控制以及蒙皮设计迫切需要解决的关键问题.因此,首先获得了新型T8态Al-Li-Cu-Mg合金的最佳热处理工艺参数;其次,采用试验方法,研究了不同热处理状态的拉伸成形过程,揭示了新型Al-Li-Cu-Mg合金板材的拉伸成形特性.发现通过固溶处理,后续时效能够显著提高新型T8态Al-Li-Cu-Mg合金材的拉形能力;在新型A1-Li-Cu-Mg合金板材拉形过程,桔皮现象主要出现在补拉阶段,蒙皮悬空区应变值＞0.0215时,板材表面将出现桔皮,且与材料热处理状态无关.     

应力松弛成形模具型面构造技术

现代飞机的外形复杂,曲率半径变化不一,使得应力松弛成形模具型面构造复杂,而应力松弛引起的塑性变形现象的存在更是加大了模具型面构造技术的难度,为了使成形回弹后的整体壁板符合设计要求,需要对回弹进行有效的补偿,通常是将回弹量预先补偿到模具上,再次成形来判断模具型面的构造是否合理。本文介绍几种应力松弛成形模具型面构造方法,并分析各自的特点。     

加力筒体隔热屏压制

发动机加力筒体可调喷口壳体内 ,屏板各段都由大小相近、形状相似的波棱组成。由于其形状多样 ,不能用一种模式来确定其工艺顺序。同时 ,展开的毛料受变形和回弹的约束 ,也很难计算准确。通过对隔热屏各段的结构特征进行受力状态分析 ,确定模具回弹量 ,并采用不同的工艺方法和模具结构 ,满足了设计要求。结论是 :求得尺寸回弹量 ,可借助弧长不变原则 ,计算回弹补偿量 ;在弯曲模中补偿回弹量时 ,可借助尺寸变化达到角度回弹的补偿 ;当回弹量难以确定时 ,可利用成形模增加较大的回弹补偿量 ,再用校正模校正至要求尺寸。     

电磁脉冲成形技术新进展及其在飞机蒙皮件制造中的应用

电磁脉冲成形是一种利用脉冲磁场力对金属工件进行高速加工的方法。与传统工艺相比,电磁脉冲成形能提高难变形材料的成形极限、降低回弹,从而为铝合金的难加工问题提供了有效的解决途径。以筒形件拉深、大型椭球零件制造、V形零件弯曲回弹控制3个难点问题为例,介绍近年来电磁脉冲成形技术所出现的多向磁场力驱动材料按需流动、磁场力分区加载、高频振荡效应等。在此基础上,提出磁场力分区加载的飞机蒙皮件成形方法。试验和模拟研究发现,纯拉形后蒙皮件主要发生弹性变形,导致最终的回弹大;而电磁脉冲成形后,蒙皮件上的弹性变形转化为塑性变形,最终零件的回弹大幅度降低。     

钛合金板料热压弯过程数值模拟

采用有限元软件ABAQUS对Ti-6Al-4V合金板料热压弯成形过程进行了模拟,分析了应力应变分布规律和工艺参数对成形过程的影响。研究表明,压弯过程的变形主要集中在大厚度区域中间位置;当板料表面与模具多点接触后,板料由自由弯曲变为校正弯曲,成形力急剧增大;保压600s时板料最大回弹量和上模成形力分别降低84%和94%。在相同工艺条件下的试验结果验证了有限元模拟的准确性。     

板材滚弯成形技术在反推门外蒙皮补片修理中的应用

某型发动机反推门外蒙皮采用挖补的方法修复裂纹,纯手工制作补片难以达到型面要求。本文介绍了板材滚弯成形技术在反推门外蒙皮修理中的应用,通过机械成形完成反推门的外蒙皮补片型面的加工,可以保证补片型面与蒙皮型面的贴合度,减少了补片的安装应力,提高了修理能力。     

铝合金厚板时效成形回弹补偿算法

 时效成形是一种适用于飞机整体壁板零件制造的成形工艺,具有回弹量大的特点,因此需要在准确预测回弹量的基础上对模具型面进行修正,以消除回弹对成形精度的影响。本文提出了一种基于有限元计算驱动的适用于铝合金时效成形的模具型面迭代修正算法,并应用该算法进行了单曲率的圆柱面零件、双曲率的球面零件及马鞍形零件的修模计算分析。通过4次迭代计算,使圆柱面和球面零件成形误差减小到0.4 mm以内;通过5次迭代,使马鞍形零件除4个角部外,其余部位型面误差小于0.5 mm。证明了该回弹补偿算法具有计算精度高、收敛速度快的优点。