飛行器蒙皮多點(diǎn)拉形研究分析

田甜

摘 要：飛行器的研究中，針對(duì)外部蒙皮的制造，提出很多理念和思想，多點(diǎn)拉形就是蒙皮成形技術(shù)的一種，本文研究分析多點(diǎn)拉形技術(shù)、多點(diǎn)拉形的有限元分析模型，同時(shí)還對(duì)飛行器蒙皮成形中的缺陷進(jìn)行研究分析，總之通過不同的技術(shù)和工藝，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn)拉形研究；多點(diǎn)拉形有限模型；缺陷研究

中圖分類號(hào)：V260 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 多點(diǎn)拉形研究

所謂多點(diǎn)成形就是通過將整個(gè)模具離散成為基本體，也就多個(gè)沖頭，將這些進(jìn)行規(guī)則、高度可以變化的排列，然后對(duì)這些沖頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過數(shù)字化技術(shù)形成一個(gè)曲面零件形狀，然后將板材件進(jìn)行模具成形，示意圖如圖1所示。

飛行器蒙皮的成形中就利用到多點(diǎn)成形技術(shù)，它采用的是多點(diǎn)拉形技術(shù)，通過將板材夾緊并施加拉力，再通過拉形模具將零件垂直向上頂升，這樣將板材拉伸完成與模具貼合，得到蒙皮零件的形狀，如圖2所示。

2 多點(diǎn)拉形有限模型

通過多點(diǎn)拉形技術(shù)對(duì)蒙皮進(jìn)行加工，而在工藝與成形機(jī)理的研究中，可以通過有限元模型對(duì)蒙皮拉形成形進(jìn)行分析，通過數(shù)值模擬技術(shù)將拉形過程中的一些壓痕、起皺等缺陷控制分析。

板料在拉形成形的過程中，是一個(gè)在動(dòng)態(tài)接觸摩擦條件寫的一個(gè)非線性不穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)、變形大的過程，所以在材料的拉形過程中，需要研究材料的穩(wěn)定性，而材料的穩(wěn)定性可以通過單元長(zhǎng)度和材料波速進(jìn)行計(jì)算得到，如下公式：

式中：

Δt—穩(wěn)定極限；

Le—單元長(zhǎng)度；

Cd—材料波速。

材料的波速是一個(gè)特性，所以在一定程度上，拉形材料的穩(wěn)定極限取決于單位長(zhǎng)度，波速可以通過一些公式計(jì)算得到：

式中：

E—楊氏模量；

ρ—材料密度。

利用有限元分析對(duì)板料進(jìn)行數(shù)值模擬成形中，可以通過以下幾個(gè)技術(shù)進(jìn)行研究分析：

動(dòng)力松弛法，該方法是將成形中的靜力問題進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為虛擬阻尼的虛擬動(dòng)力，然后進(jìn)行求解，也就是將外力進(jìn)行緩慢施加。

時(shí)間步長(zhǎng)控制，時(shí)間步長(zhǎng)決定模型中的所有單元，所以它的選擇決定求解的效率和中心差分法的穩(wěn)定性。

集中質(zhì)量矩陣，在有限元的分析中，矩陣應(yīng)用最廣泛，質(zhì)量矩陣是分析功力問題的基本，要把板材在矩陣劃分中，網(wǎng)格細(xì)化、單元和節(jié)點(diǎn)數(shù)量多。

3 缺陷研究

在飛行器拉形成形中，會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，這些缺陷影響產(chǎn)品的質(zhì)量，常見的缺陷如下：

起皺：在飛行器蒙皮成形中，是不允許有皺紋現(xiàn)象的，而在薄板零件的加工過程中，起皺又是最常見的缺陷，起皺一般是產(chǎn)生在板料和基本體不接觸的區(qū)域，也就是該區(qū)域在成形中，由于沒有相互作用的關(guān)系，基本體沒有對(duì)它產(chǎn)生一個(gè)約束，在成形的過程中會(huì)出現(xiàn)起皺，通過對(duì)起皺形成過程的分析，可以通過采用柔性?shī)A鉗來(lái)控制板料起皺，如圖3所示的工作原理。

壓痕：采用多點(diǎn)成形技術(shù)，模具整體有很多個(gè)基本體，壓痕是板材在拉形過程中，基本體對(duì)板料接觸產(chǎn)生的表面缺陷，基本體一般是球行，在接觸位置的應(yīng)力會(huì)很大，所以導(dǎo)致壓痕，常見的有包絡(luò)式壓痕和表面壓痕，對(duì)于壓痕缺陷的抑制，可以采用板件厚度的控制和基本體形狀的選擇來(lái)改善，如圖4所示，不同厚度產(chǎn)生的對(duì)比圖。

結(jié)論

在現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展中，金屬板材零件的應(yīng)用量在不斷地增加，尤其是在飛行器的蒙皮上，而傳統(tǒng)的成形方式又不能滿足工藝要求，這樣就需要高水平的制造方法，多點(diǎn)成形技術(shù)就是將柔性制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種先進(jìn)的制造方法，將飛行器蒙皮零件實(shí)現(xiàn)無(wú)模、快速、數(shù)字化的制造，同時(shí)針對(duì)飛行器的大型蒙皮也能實(shí)現(xiàn)加工制造，保證飛行器的飛行精度和安全。

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