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        橡皮成形在某實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框成形模具設(shè)計(jì)及制造中的應(yīng)用

        2020-06-02 20:47:36陳驍翁威彭晶段欣怡張冉陽
        裝備維修技術(shù) 2020年24期

        陳驍 翁威 彭晶 段欣怡 張冉陽

        摘 要:xx實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框制造的傳統(tǒng)鍛壓方式存在著諸多問題,產(chǎn)品周期長、成本高以及成型之后的零件相對不可靠因素較多,相比之下利用橡皮囊液壓成型技術(shù)來制造具有橡皮囊成形的過程中,零件變化相對均勻,能夠明顯減輕重量、降低零件數(shù)量等,而橡皮囊液壓成型所需要的模具與傳統(tǒng)的模具相比只需要半模,對設(shè)計(jì)人員來講是個新的挑戰(zhàn),通過對CATIA的二次開發(fā)能夠很輕松地得到相應(yīng)的剛性半模。

        關(guān)鍵詞:橡皮囊成型、模具設(shè)計(jì)及制造、橡皮囊液壓、CATIA二次開發(fā)

        1 XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框與橡皮成型

        飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)零件中,有約35%到50%的結(jié)構(gòu)零件為鈑金零件,而此類的鈑金零件,而此類鈑金零件的成形方式為彎曲、翻邊、壓延等機(jī)械沖壓、落壓等方式,而此類的成形方式會對零件本身造成較大的損害,人工的錘印、裂紋、壓痕等,在隨著橡皮成型的發(fā)展與運(yùn)用,使用橡皮成型來對隔框類零件進(jìn)行加工已占到約為50%,在零件進(jìn)行凸翻邊的時候,常常會發(fā)生起皺,為了減少這一類起皺所帶來的影響,需要測壓塊進(jìn)行側(cè)壓,通常還要計(jì)算極限翻邊高度,如下:

        2 橡皮囊液壓成型工作原理

        橡皮成形是利用橡皮做通用上摸,在壓力作用下將板料包貼在剛性下模上成形(橡皮成形設(shè)備見圖1)。由于其具有生產(chǎn)效率高、模具結(jié)構(gòu)簡單(只需要凸?;虬寄#┖统尚伪砻尜|(zhì)量好,而且能夠有效地減少修模時間、降低模具制造費(fèi)用,在航空航天框肋等輕合金鈑金零件成形中得到了廣泛的應(yīng)用。

        一、橡皮囊液壓成型的意義及其研究現(xiàn)狀

        橡皮墊成形具有生產(chǎn)效率高、模具結(jié)構(gòu)簡單(只需要凸?;虬寄#┖统尚伪砻尜|(zhì)量好,而且能夠有效地減少修模時間、降低模具制造費(fèi)用,在航空航天框肋等輕合金鈑金零件成形中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,模具的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量和成形工藝參數(shù)的合理性很大程度上決定了XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框零件的成形質(zhì)量,關(guān)乎到飛機(jī)的理論外形和安全性,進(jìn)而影響了飛機(jī)機(jī)身裝配的準(zhǔn)確度、服役性能和使用壽命。該研究對發(fā)展復(fù)雜薄壁件橡皮成形先進(jìn)理論與技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和教學(xué)應(yīng)用價值。

        目前橡皮成型技術(shù)已經(jīng)逐漸被世界各大航空工廠所采用,橡皮成型技術(shù)吸引越來越多的國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行了深入的理論性研究和試驗(yàn)性研究,并得到了一定的成果。

        上世紀(jì)40年代,我國航空航天工廠就開始采用橡皮液壓成型的工藝方法,其中35%-45%的零件采用的都是橡皮囊液壓式的成型工藝,并且采用橡皮成型技術(shù)制造的零件有進(jìn)一步增多的趨勢,但是這種工藝受到液壓設(shè)備的工作能力限制,在當(dāng)時的條件下,液壓成型機(jī)產(chǎn)生的壓力大多在40MPa左右。由于單位壓力小,導(dǎo)致橡皮成型后的工件需要手工進(jìn)行校形,工作量很高,占到總工時的50%左右,占掉了一半零件總工時,而且在人工校形時零件表面還會殘留大量的錘印,大大降低了零件的疲勞強(qiáng)度和使用壽命[1]。

        目前國內(nèi)主要都是航空制造廠和航空航天研究院在研究橡皮液壓成形技術(shù)。中航工業(yè)成飛的戴美云與張和興分析了橡皮成型產(chǎn)生的缺陷,并提出橡皮液壓成型主要存在有裂紋、回彈、起皺等一系列缺陷,對這些缺陷逐一進(jìn)行分析,提出了預(yù)防措施并且應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中。

        南京航空航天大學(xué)的王巖、安魯陵已經(jīng)對CATIA進(jìn)行二次程序開發(fā),CATIA是一款功能及其強(qiáng)大的作圖軟件,它提供的許多對外開放的端口供使用者按照自己的需求進(jìn)行功能定制。CATIA開發(fā)系統(tǒng)分為兩種,一種為“宏”,另一種則為CAA,其中“宏”是以腳本語言序列編寫的函數(shù)指令序列,其本身的開發(fā)方式就有一定的局限性,而CAA不同,最終生成的是一個可執(zhí)行文件,并且改可執(zhí)行文件包含了各個類的關(guān)系;而面向組建編程而言,各個模塊是相互交互并且也是相互獨(dú)立的,而其獨(dú)立性可以可以使得用戶不用了解其工作原理。由于CAA具備上述的一系列優(yōu)點(diǎn),所以基于CAA對CATIA進(jìn)行二次操作,開發(fā)了鈑金模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)[2] 。

        該鈑金模具快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)分為了三個大的板塊,分別為模具工作部分生成、模具建模參數(shù)化及設(shè)計(jì)模具工程圖板塊,如圖所示

        設(shè)計(jì)流程:(1) 導(dǎo)入產(chǎn)品曲面;(2) 對曲面缺陷進(jìn)行檢測,并逐一將檢測出的缺陷予以修復(fù);(3) 將已修復(fù)的曲面邊界向外整體延拓(對于存在缺角或彎邊的鈑金曲面,需要利用本文所開發(fā)的缺角修復(fù)功能修復(fù)為展開后無凹陷特征的曲面);(4) 利用 CATIA 零件模塊的拉深、鏡像、分割等操作完成模具凹凸模及壓邊圈的建模;(5)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件庫內(nèi)的各類參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件完成模具模架的快速裝配;(6) 利用三維模型屬性管理工具對模具各個零部件的三維屬性進(jìn)行定義;(7) 通過 CATIA 工程圖功能生成實(shí)體模型的二維圖紙,并利用工程圖繪圖環(huán)境初始化工具對標(biāo)題欄、圖幅、放置方式等進(jìn)行初始化;(8) 基于之前三維模型屬性管理工具設(shè)定的三維模型屬性,利用本文所開發(fā)的明細(xì)表自動生成工具生成模具明細(xì)表,完成模具工程圖出圖工作[2]。

        總結(jié):橡皮囊液壓成型技術(shù),不管在國內(nèi)還是在國外,都已經(jīng)得到了較為寬泛的運(yùn)用,然而此種類型的設(shè)計(jì)剛性半模,對于不少設(shè)計(jì)師來說是一種挑戰(zhàn),基于此類開發(fā)軟件,我們只需要輸入我們想要設(shè)計(jì)的圖紙的參數(shù)即可得到相應(yīng)的橡皮囊剛性半模,橡皮囊成形模雖然總體結(jié)構(gòu)較為簡單,但是這一類型的表面是對形狀精度以及在表面的質(zhì)量要求較高,對于工程設(shè)計(jì)師來說,這需要熟練地掌握制圖軟件,才能準(zhǔn)確地完成一系列產(chǎn)品模具的設(shè)計(jì),但對CATIA進(jìn)行二次開發(fā),就能讓企業(yè)快速得到所需要的模具,極大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率以及減少了不必要的人力浪費(fèi)

        參考文獻(xiàn):

        [1]王福東. 大曲率凸彎邊零件橡皮囊液壓成形工藝研究[D]. 南京航空航天大學(xué), 2011.

        [2]王巖. 鈑金模具快速設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究與開發(fā)[D]. 南京航空航天大學(xué), 2015.

        [3]張凌云 李鵬. 基于CATIA的橡皮囊成形零件的特征提取[D]. 機(jī)械工程師, 2015.

        項(xiàng)目基金:南昌航空大學(xué)2020年第十五屆“三小”項(xiàng)目“XX實(shí)驗(yàn)教學(xué)飛機(jī)普通隔框成形模具設(shè)計(jì)及制造”(項(xiàng)目編號:2020HZ132)

        (南昌航空大學(xué),江西 南昌 330036)

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