CN101650756A - 一种多点成形飞机蒙皮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多点成形飞机蒙皮的方法，其特征在于：用于成形的柔性多点拉形模具是利用有限元软件建立柔性多点拉形模具蒙皮拉形模型，确定材料参数和拉伸力、加载轨迹等边界条件，对拉形过程进行仿真分析，获得零件的回弹情况，利用回弹结果反向修正柔性多点拉形模具的型面，得到了补偿后的柔性多点拉形模具的型面；然后将弹性垫(3)铺在柔性多点拉形模具的型面上，蒙皮板料(4)在弹性垫(3)表面进行拉形，最终形成飞机蒙皮曲面。因此本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法省去了专用拉形模具的制造、修正时间，显著缩短飞机研制的工艺准备周期，降低了生产成本，简化了拉形模具的储存与管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞机蒙皮拉形方法。尤其涉及一种多点成形飞机蒙皮的方法。
背景技术
飞机的蒙皮具有符合气动力学的光滑的曲面，铝合金机身蒙皮、进气道蒙皮、机翼前缘蒙皮的曲面形状都可以通过拉形方法得到。现在的成形工艺方法已经发展出数字化成形工艺方法，即计算机做出蒙皮理论型面的数模，以理论型面数模为依据用数控设备加工拉形模具，拉形模具一般是一反模型，即其中一面按蒙皮曲面制出反向曲面，并考虑适当的回弹量，用蒙皮拉伸机在拉形模具上进行拉形，使板料逐渐与拉形模具曲面贴合，制造出蒙皮，最后也用拉形模具作为依据检验蒙皮零件型面。该方法淘汰了传统的模线、样板等中间环节，实现了数字化精确成形蒙皮零件，满足了现代飞机生产中质量一致性以及批量生产的需要。但在飞机试制阶段，飞机设计处于反复叠代、不断优化的过程中，飞机蒙皮零件品种多，每个品种往往只生产1至3件，生产每个品种蒙皮零件都需要制造拉形模具，有的拉形模具尺寸巨大从几米到几十米不等，那么拉形模具的设计、制造、试模、运输、存放是一项费时、费力的工作，这种数字化成形工艺方法成本较高、周期较长，还不适合试制阶段飞机蒙皮单件小批生产特点。
发明内容：
本发明要解决的技术问题在于提供一种低成本、短周期适合试制阶段飞机蒙皮单件小批生产特点的多点成形飞机蒙皮的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多点成形飞机蒙皮的方法，先按公式L＝L0+2(L1+L2)确定板料尺寸，其中L是零件板料长度，单位为毫米；L0是蒙皮零件最大剖面处的展开长度加上余量，单位为毫米，余量与零件形状有关，一般单边是50mm，L1是柔性多点拉形模具边缘与拉形机钳口间的过渡区长度，单位为毫米，一般为150mm～200mm；L2是拉形机钳口夹紧余量，单位为毫米，一般为80mm～100mm，下料，两侧倒圆，去除周边毛刺；然后通过计算机修正柔性多点拉形模具，将弹性垫铺在柔性多点拉形模具的型面上，弹性垫选用聚氨酯材料，邵氏硬度70～90，聚氨酯厚度30-50mm；调整板料到弹性垫的中间位置，拉形机钳口尽量靠近柔性多点拉形模具；进行预拉形，板料拉伸量为3％；在淬火后20分钟内进行第二次拉形，拉伸量1.5％～3％；用激光检测***检测拉形后外形尺寸，其特征在于：所述的柔性多点拉形模具是利用有限元软件建立柔性多点拉形模具蒙皮拉形模型，确定材料参数和拉伸力、加载轨迹等边界条件，对拉形过程进行仿真分析，获得零件的回弹情况，利用回弹结果反向修正柔性多点拉形模具的型面，获得了补偿后的柔性多点拉形模具的型面，所述的柔性多点拉形模具包括箱体、基本单元体和调形机构，基本单元体置于箱体中，调形机构在箱体内，调形机构在基本单元体的下部，基本单元体以M行×N列分布，顶端是弧状，露出箱体，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个基本单元体与螺纹丝杠机构螺纹连接，并随螺纹丝杠机构旋转而单独上下移动。所述的激光检测***包括激光测量结构、多点支撑单元、工作箱体和调形机构，多点支撑单元和调形机构在工作箱体内，调形机构在多点支撑单元的下部，多点支撑单元以M行×N列分布，顶端是碗状，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个多点支撑单元在调形机构的控制下以旋转螺纹的方式单独上下移动，在接受蒙皮的数学模型后，在整个计算机的控制下，多点支撑单元分别进行不同的上下移动，激光测量结构在多点支撑单元的上方，将蒙皮放在多点支撑单元上，激光测量结构发出激光逐点对蒙皮的型面进行扫描，获得蒙皮的实际型面，并与理论数模进行对比。
本发明相比于现有技术具有如下积极效果。本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法不需要重新制造专用的拉形模具，只需利用蒙皮零件的计算机数字模型，由专用软件对零件型面进行弹性垫厚度补偿、回弹补偿后直接设计出柔性多点拉形模具成形面，通过计算机控制调整柔性多点拉形模具的基本单元体的高度，从而由多个整齐排列的基本单元体的顶点构成柔性多点拉形模具型面，配合蒙皮拉伸机进行蒙皮拉形；因此本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法省去了专用拉形模具的制造、修正时间，显著缩短飞机研制的工艺准备周期，降低了生产成本；而且使用一套柔性多点拉形模具代替了数十套乃至上百套专用拉形模具，简化了拉形模具的储存与管理。
附图说明
图1是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法示意图。
图2是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法的蒙皮板料长度计算示意图。
图3是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法的检测***示意图。
图4是原成形飞机蒙皮的方法示意图。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法示意图，包括以下步骤：
1)下料：确定蒙皮板料4尺寸，并下料，两侧倒圆，去除周边毛刺；
2)调整柔性多点拉形模具：利用有限元软件建立柔性多点拉形模具蒙皮拉形模型，确定材料参数和拉伸力、加载轨迹等边界条件，对拉形过程进行仿真分析，获得零件的回弹情况，利用回弹结果反向修正柔性多点拉形模具的型面，得到了补偿后的柔性多点拉形模具的型面；
3)安装弹性垫3：选用聚氨酯材料，邵氏硬度(A)70～90，聚氨酯厚度30-50mm，并清除弹性垫上的灰尘、铝屑等各种杂质，然后将弹性垫3铺在柔性多点拉形模具的型面上；
4)安装蒙皮板料4：调整蒙皮板料4在弹性垫3的中间位置，拉形机钳口8尽量靠近柔性多点拉形模具；
5)预拉形：用铅笔在蒙皮板料4表面做好标记，控制蒙皮板料4拉伸量约为3％；
6)第二次拉形：在淬火后20分钟内进行第二次拉形，拉伸量不大于3％；
7)检测：用激光测量机检测蒙皮外形尺寸。
所述的柔性多点拉形模具包括箱体1、基本单元体2和调形机构，基本单元体2置于箱体1中，调形机构在箱体1内，调形机构在基本单元体2的下部，基本单元体以M行×N列分布，顶端是弧状，露出箱体1，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个基本单元体2与螺纹丝杠机构螺纹连接，并随螺纹丝杠机构旋转而单独上下移动。
图2是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法的蒙皮板料长度计算示意图。飞机蒙皮零件板料长度按下述公式计算：
L＝L0+2(L1+L2)
L----零件板料长度，单位为毫米；
L0----蒙皮零件最大剖面处展开长度加余量，单位为毫米，余量与零件形状有关，一般单边50mm；
L1----柔性多点拉形模具边缘与拉形机钳口8间的过渡区长度，单位为毫米；一般为150mm～200mm；
L2----钳口夹紧余量，单位为毫米，一般为80mm～100mm。
图3是本发明的一种多点成形飞机蒙皮的方法的激光检测***示意图。本激光检测***包括激光测量结构5、多点支撑单元7、工作箱体9和调形机构，多点支撑单元7和调形机构在工作箱体9内，调形机构在多点支撑单元7的下部，多点支撑单元7以M行×N列分布，顶端是碗状，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个多点支撑单元7在调形机构的控制下以旋转螺纹的方式单独上下移动，在接受蒙皮的数学模型后，在整个计算机的控制下，多点支撑单元7分别进行不同的上下移动，用M×N个多点支撑单元7来模拟模具的型面，用来支撑蒙皮，激光测量结构5在多点支撑单元7的上方，将蒙皮放在多点支撑单元7上，激光测量结构5发出激光6逐点对蒙皮的型面进行扫描，获得蒙皮的实际型面，并与理论数模进行对比，合格后交付蒙皮。
图4是原成形飞机蒙皮的方法示意图。原数字化成形工艺方法，即计算机利用CATIA软件做出蒙皮理论型面的数模，以理论型面数模为依据用数控设备加工拉形模具11，拉形模具11一般是一反模型，即其中一面制出蒙皮曲面的反向曲面，拉形模具11需反复试拉形修正回弹量，最后做出适当的曲面，在蒙皮拉伸机上铝合金板在拉形模具11上进行拉形，逐渐与拉形模具11曲面贴合，制造出蒙皮，最后也用拉形模具11作为依据检验蒙皮零件型面。该方法不适合飞机试制阶段蒙皮零件多品种单件的生产特点，修正拉形模具11回弹量是一项费时、费力的工作。
Claims (5)
1.一种多点成形飞机蒙皮的方法，先确定蒙皮板料(4)尺寸，并下料，两侧倒圆，去除周边毛刺；然后通过计算机修正柔性多点拉形模具，将弹性垫(3)铺在柔性多点拉形模具的型面上；调整蒙皮板料(4)到弹性垫(3)的中间位置，拉形机钳口(8)尽量靠近柔性多点拉形模具；进行预拉形，蒙皮板料(4)拉伸量为3％；在淬火后20分钟内进行第二次拉形，拉伸量1.5％～3％；用激光检测***检测拉形后蒙皮外形尺寸，其特征在于：所述的柔性多点拉形模具是利用有限元软件建立柔性多点拉形模具蒙皮拉形模型，确定材料参数和拉伸力、加载轨迹等边界条件，对拉形过程进行仿真分析，获得零件的回弹情况，利用回弹结果反向修正柔性多点拉形模具的型面，获得了补偿后的柔性多点拉形模具的型面。
2.根据权利要求1所述的一种多点成形飞机蒙皮的方法，其特征在于：所述的弹性垫(3)选用聚氨酯材料，邵氏硬度70～90，聚氨酯厚度30-50mm。
3.根据权利要求1所述的一种多点成形飞机蒙皮的方法，其特征在于：所述的柔性多点拉形模具包括箱体(1)、基本单元体(2)和调形机构，基本单元体(2)置于箱体(1)中，调形机构在箱体(1)内，调形机构在基本单元体(2)的下部，基本单元体(2)以M行×N列分布，顶端是弧状，露出箱体(1)，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个基本单元体(2)与螺纹丝杠机构螺纹连接，并随螺纹丝杠机构旋转而单独上下移动。
4.根据权利要求1所述的一种多点成形飞机蒙皮的方法，其特征在于：按公式L＝L0+2(L1+L2)确定蒙皮板料(4)尺寸，其中L是蒙皮板料(4)长度，单位为毫米；L0是蒙皮零件最大剖面处的展开长度加上余量，单位为毫米，余量与零件形状有关，一般单边是50mm，L1是柔性多点拉形模具边缘与拉形机钳口(8)间的过渡区长度，单位为毫米，一般为150mm～200mm；L2是拉形机钳口(8)夹紧余量，单位为毫米，一般为80mm～100mm。
5.根据权利要求1所述的一种多点成形飞机蒙皮的方法，其特征在于：所述的激光检测***包括激光测量结构(5)、多点支撑单元(7)、工作箱体(9)和调形机构，多点支撑单元(7)和调形机构在工作箱体(9)内，调形机构在多点支撑单元(7)的下部，多点支撑单元(7)以M行×N列分布，顶端是碗状，底端与调形机构相连，所述的调形机构包括计算机、步进电机和螺纹丝杠机构，计算机控制步进电机来带动螺纹丝杠机构旋转，每个多点支撑单元(7)在调形机构的控制下以旋转螺纹的方式单独上下移动，在接受蒙皮的数学模型后，在整个计算机的控制下，多点支撑单元(7)分别进行不同的上下移动，激光测量结构(5)在多点支撑单元(7)的上方，将蒙皮放在多点支撑单元(7)上，激光测量结构(5)发出激光(6)逐点对蒙皮的型面进行扫描，获得蒙皮的实际型面，并与理论数模进行对比。
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