金鑫

摘 要：鈑金回彈零件主要基于橡皮囊成形，而如何快速設(shè)計(jì)符合零件生產(chǎn)的回彈數(shù)模，使之能符合零件交付狀態(tài)，一直是設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)。對(duì)于回彈的鈑金零件，其回彈曲面的提取、回彈數(shù)模的建立、下料數(shù)據(jù)的對(duì)比，是設(shè)計(jì)回彈數(shù)學(xué)模型的重點(diǎn)。對(duì)鈑金零件回彈設(shè)計(jì)中存在的三個(gè)典型問(wèn)題，提出了有效的實(shí)用解決方法。

關(guān)鍵詞：鈑金零件；回彈；橡皮囊；CATIA

中圖分類(lèi)號(hào)：TG38 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）33-0091-02

引言

目前，飛機(jī)眾多零件中，鈑金零件占總零件的70%左右，其加工方式和傳統(tǒng)的手工敲修、機(jī)器沖壓、落壓等加工方式相比，橡皮囊液壓成形，具有效率高、成本低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在鈑金零件的成形中，多用橡皮囊成形，而零件在橡皮囊成形后存在彎邊回彈現(xiàn)象，故零件貼無(wú)法很好的貼合模胎，需進(jìn)一步的手工補(bǔ)修，零件表面質(zhì)量比一次液壓成形低。由此，橡皮囊的準(zhǔn)確成形，勢(shì)在必行。文獻(xiàn)[1]是對(duì)零件數(shù)模進(jìn)行回彈補(bǔ)償并得到其模具工作型面及型模，實(shí)現(xiàn)在新淬火狀態(tài)下真正意義上的橡皮囊“一步法”成形。文獻(xiàn)[2]是一種考慮回彈誤差修正的模面設(shè)計(jì)方法，即在完成模具設(shè)計(jì)后，直接進(jìn)行模面的調(diào)整，無(wú)須單獨(dú)對(duì)零件進(jìn)行數(shù)值模擬。本文針對(duì)準(zhǔn)確成形這一目標(biāo)，在原有三維理論模型的基礎(chǔ)上，依據(jù)零件材料、厚度等參數(shù)，快速擬合回彈曲面，再按回彈曲面重新設(shè)計(jì)鈑金回彈數(shù)模，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，對(duì)鈑金零件回彈設(shè)計(jì)中存在的三個(gè)典型問(wèn)題，回彈曲面的提取、回彈數(shù)模的建立、下料數(shù)據(jù)的對(duì)比，提出了有效的實(shí)用解決方法。

1 回彈曲面的提取

鈑金零件彎邊為直彎邊即彎邊線為直線時(shí)，提取回彈曲面的截面線數(shù)量按長(zhǎng)度計(jì)算即可，但很多鈑金零件的彎邊是與飛機(jī)框架或蒙皮相連接，所以彎邊形狀一般有曲度，需要考慮提取回彈曲面的截面線數(shù)量，保證誤差在允許范圍內(nèi)。

1.1 回彈曲面擬合問(wèn)題的解決辦法

在CATIA V5軟件系統(tǒng)中，通過(guò)多條截面線可重新擬合曲面。用來(lái)擬合曲面的截面線的選擇方式非常重要。它直接影響擬合曲面的精度。如下介紹一種基于截面線擬合的方法——截面線擬合曲面法。第一步，我們要找到做回彈曲面的曲面，擬合曲面的兩個(gè)方向，先將生成彎邊的最終結(jié)構(gòu)形狀的理論曲面定義為工作對(duì)象，這是彎邊零件的一種毛坯狀態(tài)，而零件曲面最終輪廓即在這個(gè)基礎(chǔ)上形成的，只是方向改變，曲面形狀是不變的。故可提取此時(shí)曲面的兩條邊線，與曲面做多截面設(shè)置，得到十字交叉狀截面線。這里注意：當(dāng)曲面非規(guī)整圖形，即周邊有曲線，這時(shí)提取的截面線應(yīng)盡量多些，當(dāng)在生成曲面的整個(gè)過(guò)程中，如無(wú)法確定原有曲面的邊界線時(shí)，可以提取原曲面的邊線，投影到曲面上，將曲面適當(dāng)增加尺寸，這樣邊線可完整的表現(xiàn)在新生成的回彈曲面上，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)男藜?，這樣才能得到符合要求的回彈曲面。第二步：截面線旋轉(zhuǎn)一定的角度后，將所得到的新截面線逐一按序選取，得到一個(gè)曲面，即是一個(gè)曲面擬合度較高的回彈曲面，然后用回彈曲面重新設(shè)計(jì)回彈數(shù)模即可。

1.2 誤差分析

將彎邊曲面以多截面形式劃分，生成的截面線我們稱之為關(guān)鍵線，橫縱關(guān)鍵線相互交織，其焦點(diǎn)稱之為關(guān)鍵點(diǎn)。將截面線用“截面線擬合曲面法”把擬合的曲面進(jìn)行分割，分別從關(guān)鍵線長(zhǎng)度誤差、關(guān)鍵點(diǎn)擬合關(guān)鍵線長(zhǎng)度的誤差分析。經(jīng)過(guò)誤差分析判斷，誤差較小，符合曲面要求。

2 回彈數(shù)模的建立

2.1 曲面增厚法

由于鈑金零件內(nèi)部可能有減輕孔、加強(qiáng)窩等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)鈑金回彈數(shù)模時(shí)遇到的問(wèn)題和耗時(shí)較多。一般按鈑金零件的建模規(guī)定，需要一步一步按建模規(guī)范執(zhí)行，但原有鈑金零件數(shù)模已經(jīng)設(shè)計(jì)完成，而回彈鈑金數(shù)模僅對(duì)彎邊重新設(shè)計(jì)，這就使設(shè)計(jì)工作減輕很多。如何有效簡(jiǎn)化鈑金零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就顯得尤為重要。下面是一種利用CATIA V5軟件中“厚曲面”功能命令對(duì)曲面增厚得到鈑金零件的方法。

具體步驟如下：（1）腹板面的選取。提取鈑金零件的腹板面，此面有減輕孔、加強(qiáng)窩等結(jié)構(gòu)，將其整體結(jié)合成一個(gè)曲面，與彎邊面銜接的部位適當(dāng)進(jìn)行延伸處理，與彎邊面有一定的交集，而無(wú)彎邊的一側(cè)，結(jié)構(gòu)盡量保證與原零件一致，目的可省去后續(xù)的曲面邊界處理工作。如圖1所示，零件上帶有減輕孔的一面為腹板面。（2）曲面處理。選取回彈曲面，適當(dāng)延伸回

彈曲面使之與腹板曲面有一定的交集，將回彈曲面與腹板曲面倒角，用切割命令，修飾多余的曲面，使最后用于增厚的曲面與原零件尺寸保持一致。（3）曲面增厚。將處理好的零件曲面，選取“厚曲面”功能命令，確定零件厚度方向和厚度值，將曲面增厚到與原零件一致即可，成形后再對(duì)彎邊邊緣處倒角即可。從圖1可以看出，不需要將零件腹板形狀投影到相應(yīng)的平面上，而是直接選取零件的腹板上的所有曲面。優(yōu)勢(shì)是可以直接提取輪廓形狀，與傳統(tǒng)建模方式相比，按步驟逐一設(shè)計(jì)，節(jié)省了大量設(shè)計(jì)數(shù)模的時(shí)間。這種曲面增厚方式是對(duì)曲面本身結(jié)構(gòu)法向趨勢(shì)的一種延伸，所得結(jié)果與按步設(shè)計(jì)鈑金零件數(shù)模結(jié)果一致，是對(duì)零件形狀，輪廓信息的真實(shí)再現(xiàn)。但需要注意的是：在比較復(fù)雜的鈑金零件中，由于眾多限制因素，如斜下陷、不規(guī)則形狀、倒角等，如按要求將曲面整體成形后，此時(shí)會(huì)有部分曲面位置因?yàn)榍蔬^(guò)小等原因，可能無(wú)法快速實(shí)現(xiàn)“厚曲面”功能命令，這時(shí)CATIAV5軟件也會(huì)示出一個(gè)分解曲面，這個(gè)曲面是厚曲面的部分曲面，可將不能實(shí)現(xiàn)“厚曲面”功能命令的曲面剝離開(kāi)來(lái)，將能增厚的部分增厚，但形成的結(jié)構(gòu)體不是零件完整形狀，原曲率小的曲面需獨(dú)立處理再增厚，然后再增加倒角、修飾等過(guò)程，重新設(shè)計(jì)數(shù)模，故一般情況下曲面問(wèn)題都可以解決。

2.2 曲面替換法

回彈鈑金數(shù)模與原理論狀態(tài)下的數(shù)模相比，區(qū)別在于彎邊回彈后彎邊角度和彎邊角度半徑的不同，而沒(méi)有回彈形變的部位，數(shù)模沒(méi)有變化。如原理論狀態(tài)下數(shù)模的建模過(guò)程是按鈑金零件建模規(guī)范執(zhí)行，我們可用“曲面替換法”，簡(jiǎn)化建模過(guò)程。具體步驟如下：（1）預(yù)先處理回彈曲面，使回彈曲面能夠完全替代原有彎邊曲面。（2）在原有理論狀態(tài)數(shù)模中，建立彎邊的步驟中，彎邊角度更改為回彈后的角度，控制曲面由原曲面替換為新的回彈曲面，彎邊角度無(wú)需更改。（3）如原彎邊有控制邊界，需要重新確定邊界，在步驟2中，選取新的邊界。這種方法適用于直彎邊、小曲率彎邊等情況，當(dāng)彎邊方向有下陷或多重下陷結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)采用“曲面替換法”時(shí)，需要先將下陷部位取消，待回彈彎邊設(shè)計(jì)完成后，再獨(dú)立設(shè)計(jì)下陷部位，如不提前取消下陷結(jié)構(gòu)，在替換曲面過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生下陷方向相反或下陷位置更改等問(wèn)題。多數(shù)鈑金零件的同一彎邊高度是一樣的，也有部分彎邊為躲避結(jié)構(gòu)影響，對(duì)彎邊的形狀進(jìn)行重新定義，設(shè)計(jì)回彈數(shù)模時(shí)也需要將原有形狀重新定義在回彈曲面上，利于快速生產(chǎn)三維實(shí)體模型。

3 下料數(shù)據(jù)的對(duì)比

三維實(shí)體數(shù)模，根據(jù)零件材料厚度、彎邊內(nèi)半徑、外形尺寸、展開(kāi)尺寸確定回彈后的數(shù)模下料尺寸和理論狀態(tài)下的數(shù)模下料尺寸作對(duì)比。這里引用兩個(gè)概念，外形為零件腹板面與彎邊面交線得到的輪廓為外形；展開(kāi)為依據(jù)零件按腹板面為基準(zhǔn)，將彎邊面反映到腹板面，最后形成的輪廓為展開(kāi)，也是零件最終的下料尺寸。表1中列取部分典型回彈零件，回彈后與理論數(shù)模，外形和展開(kāi)尺寸的對(duì)比，因零件材料、厚度、彎邊高度曲率等因素，可看出零件回彈后，外形尺寸增加，而相對(duì)的下料尺寸減小，增加的尺寸小于下料減小的尺寸，故下料數(shù)據(jù)可不做更改。

注意：因考慮零件彎邊的回彈問(wèn)題，彎邊回彈前后，彎邊的角度有一定的變化，此時(shí)為保證零件的精準(zhǔn)成形，零件模胎需要重新設(shè)計(jì)生產(chǎn)，如需按回彈數(shù)模進(jìn)行檢驗(yàn)，用于檢驗(yàn)的外形和展開(kāi)樣板需要按新數(shù)模重新設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)生產(chǎn)依據(jù)的一致性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于CATIAV5軟件環(huán)境，針對(duì)鈑金零件回彈設(shè)計(jì)中存在的三個(gè)典型問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，提出了相應(yīng)的、有效的、便捷的解決方法。經(jīng)過(guò)零件實(shí)際的生產(chǎn)檢驗(yàn)，證明這些方法不僅提高設(shè)計(jì)效率，而且零件成形精度完全符合工藝要求。

參考文獻(xiàn)：

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