| 标题 | 飞行器翼肋零件橡皮囊成形研究与模具设计 |
| 范文 | 田甜 摘 要：飞行器的翼肋就像鸟类翅膀的骨骼，飞行器缺少它不能实现在天空飞行。随着科学技术不断地发展，翼肋零件成形技术也在不断的提高和改进，本文研究的翼肋零件的橡皮囊成形、翼肋零件成形模具型面设计、成形模具设计，从零件的结构、材质以及成形方面分析，进一步提高这类零件的质量和精度。 关键词：翼肋零件与橡皮成形；翼肋零件模具型面设计；成形模具设计 中图分类号：V224 文献标志码：A 1 翼肋零件与橡皮成形 飞机机身材料的组成中，有60%以上的材料是铝合金，复合材料占有的比重为20%，钛合金占有10%，翼肋零件也是由铝合金和钛合金材料为主，翼肋零件在结构分类中可以称为翻边零件，它的成形是通过将平板零件进行翻边加工得到的，在工艺制定中，需要设定翻边高度和角度等，同时还要控制圆角半径。 在机械加工制造中，零件的制造周期非常短，大部分时间都是耗费在成形设计上。翼肋零件成形过程中，成形工艺是最复杂的，因为这种工艺是通过改变零件的形状实现零件成形，在成形中常会产生各种问题和缺陷，如在零件进行凸翻边成形的时候，曲率较大的位置容易产生起皱。为避免这种缺陷，需要添加侧压块，如图1所示。 在进行成形的时候需要计算极限翻边高度，计算公式如下： 翼肋加工中采用橡皮囊成形方法是一个经济快速的工艺方式，它的原理是采用橡皮胎为原料，制造成为刚性半模，再通过加压流体的液压作用使板料通过柔性胎受压，并迫使坯料成为刚性半模的形状，通过压力使零件成形，成形的步骤如图2所示。 （a）步骤：将要加工零件的毛坯放置在模具上，同时还将橡皮囊压力机一起放入。 （b）步骤：将压力施加在橡皮囊上，将毛坯与模具贴合。 （c）步骤：将设备复位，零件取出。 橡皮囊成形的优点为：毛坯零件在成形过程中，厚度是均匀变化的，同时得到零件的尺寸精度高，回弹量也小。在零件变形过程中，零件的表面质量得到保证，基本没有缺陷，同时在模具的设计上得以简化，只需要设计下模具，缩短制造周期，降低费用。 2 翼肋零件模具型面设计 翼肋零件模具型面的设计一般是采用计算机软件进行辅助设计，软件采用CAD、UG、CATIA、PRO/E比较多，本文通过CATIA软件对型面进行设计，选用该软件进行设计时候需要先分析零件的结构，通过对曲面进行分解，选择造型方法对零件进行独立设计，最后实现曲面造型设计，流程如下： （1）零件结构分析和曲面分析。 （2）选择造型方法，进行独立曲面的造型设计。 （3）曲面结合，形成整体曲面。 （4）整体曲面评价。 翼肋零件在结构分析的时候，零件本身可以分解为顶面、翻边和过度圆角，所以在CATIA造型过程中，采用各个部分分别进行设计，最终实现整体设计，一般的方法为扫掠法和桥接法。 橡皮囊成形技术的使用，是需要通过三维软件进行辅助的，通过三维软件进行有限元分析，主要的算法有以下几种： （1）动态显示算法，这种算法的优点就是结果精确、稳定，是以动力学为基础，运用数学的差分方法，通过这种计算方法可以快速得到结果，这种算法主要是分析飞机板料零件的冲裁、冲压、拉深、橡皮囊成形等过程的求解。 （2）静态隐式算法，这种算法是解决飞机金属零件成型的，它是通过虚拟原理，一般是需要静态平衡方程进行计算，在利用这个计算方法的时候，一般是解决与时间无关的静力学问题。 通過三维软件的辅助，可以设计出橡皮囊成形设备，这个设备的主要组成结构有橡皮囊、内压单元、板料和压力内腔模具等。 3 成形模具设计 橡皮囊设备的工作原理是将飞机零件的毛坯（钣金零件）放置在橡皮囊与刚性模具之间，刚性模具是通过工作台进行支撑的，也就是下模具，通过动力设备将压力施加在橡皮囊上，橡皮囊对钣金施加力，然后钣金与模具成形，最终将零件加工出来，在整个成形的过程中，需要考虑钣金零件的回弹，刚性模具的强度，主要位置的精度，在成形过程中，橡皮囊会保护钣金零件，不会产生拉伤、断裂等现象，橡皮囊成形技术是一个柔性技术，解决传统冲压和拉伸成形对毛坯的损伤。 飞行器翼肋零件橡皮囊成形中，模具主要是指下模具，没有上模具，而下模具的设计主要取决于零件的形状尺寸，一般是与零件形状尺寸相同，设计方面要保证以下几个原则： （1）功能要求。模具设计上要满足加工的要求，要能满足零件加工效率，加工精度。 （2）整体性。由于曲面零件的厚度薄，在加工的时候要保证整体加工，不能将模具设计成分割的，保证是一个整体。 （3）可靠性。零件在橡皮囊成形过程中，压力是先作用在橡皮囊上，然后压力再作用在零件上，最后施加在模具上，所以要保证模具整体的可靠性。 （4）可扩展性。因为在模具的使用中，零件的形状是不统一的，加工的种类会不同，所以需要将模具设计成可以扩展，保证可以对不同零件进行成形。 结论 飞行器的翼肋在分类上可以分为普通翼肋和加强翼肋，在作用上它们有着不同的承担载荷的作用，但是在成形方面是一致的。翼肋零件属于大曲率的零件，同时在结构上还有翻边，最常见的成形工艺就是橡皮囊液压成形，而随着科学技术的不断发展，成形方法也增加了一些分析方法，例如有限元分析法、试错法，最终实现翼肋零件的质量和精度最优化。 参考文献 [1]胡丹.飞机钛合金钣金件橡皮囊精确成形技术研究[D].江苏：南京航空航天大学，2014. [2]付云方.橡皮囊成形弯曲回弹的研究[D].江苏：南京航空航天大学，2009. [3]黄俊波，陈先有.飞机钣金零件的计算机辅助设计与制造[J].机床与液压，2008（2）：83-84. [4]王东波.基于CATIA的橡皮囊工艺审查系统的二次开发[D].辽宁：沈阳航空航天大学，2016. |
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