銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計

馬瑛劍

（中航通飛華南飛機工業(yè)有限公司，廣東 珠海 519040）

傳統(tǒng)構(gòu)件工裝是根據(jù)設(shè)計人員的工作經(jīng)驗進行標(biāo)準(zhǔn)工裝選擇，但結(jié)果往往不太盡人意，常常出現(xiàn)裝配工裝安裝精度低、維護性低等情況，因此提出銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計。

1 搭建銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化模型

（1）搭建銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化平臺。銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析平臺是金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析模型的重要載體，該平臺主要由構(gòu)件接入端、構(gòu)件識別端、數(shù)據(jù)輸出端三個部分組成。構(gòu)件接入端的作用是接入銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件，連接設(shè)計人員平臺和構(gòu)件識別端口，將識別的構(gòu)件形狀數(shù)據(jù)、參數(shù)向量進行載入，為數(shù)據(jù)輸出端運行儲存數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸出端包括三臺服務(wù)器，即數(shù)據(jù)分析服務(wù)器、參數(shù)計算服務(wù)器、構(gòu)件分析服務(wù)器。其中參數(shù)計算服務(wù)器接入的數(shù)據(jù)，用于計算各個工序所需的工裝參數(shù)，其數(shù)據(jù)的運算規(guī)則采用數(shù)字化算法進行計算。構(gòu)件分析服務(wù)器對參數(shù)計算服務(wù)器輸出的結(jié)果進行模擬，模擬各個工序所需工裝特性，最后通過輸出端數(shù)據(jù)顯示，完成銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析[1]。搭建的銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析平臺示意圖，如圖1所示。

圖1 銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析平臺框架圖

（2）引入銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝。銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，即構(gòu)件在生產(chǎn)加工中的各個工序加工流程，通過生產(chǎn)工藝確保構(gòu)件在并行工作模式下，完成整體的制造，檢測，裝配等生產(chǎn)全過程[2]。銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，一般包括軋制、鍛造、板材沖壓，擠壓以及拉拔等四個工藝流程。通過將各個工藝分別引入搭建的構(gòu)件分析平臺中，實現(xiàn)構(gòu)件分析模型。

首先錄入軋制力函數(shù)，函數(shù)公式如下所示：

該方程為無摩擦情況下，軋制力的函數(shù)變化情況，其中Yavg為復(fù)合材料構(gòu)件受軋制時，產(chǎn)生的平均真應(yīng)力，L為構(gòu)件的長度，W為構(gòu)件的重量，通過計算，獲取構(gòu)件在進行軋制工藝時，所需的軋制力。然后引入多種鍛造工藝，錄入后，平臺會根據(jù)構(gòu)件的實際情況，自動選擇適用的鍛造工藝，經(jīng)過鍛造后的構(gòu)件，其強度和韌性更高。接下來引入板材沖壓工藝，經(jīng)過沖壓后，使得構(gòu)件具有重量輕、形狀多變等優(yōu)點，提高了構(gòu)件的實用性。最后引入擠壓以及拉拔工藝流程，通過在平臺中引入銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析模型的搭建。

2 實現(xiàn)數(shù)字化雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的設(shè)計

首先通過獲得銅包鋁雙金屬復(fù)合材料的原始構(gòu)件數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確定位數(shù)據(jù)來源，即數(shù)據(jù)代表銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件的相關(guān)形狀信息，來反映銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件的物理幾何屬性，為數(shù)字化設(shè)計工裝提供基礎(chǔ)參數(shù)。同時結(jié)合銅包鋁雙金屬復(fù)合材料中間數(shù)據(jù)，根據(jù)銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件加工要求，利用數(shù)字化技術(shù)，自動生成工裝初步三維圖。工裝初步三維圖中包括，剖面結(jié)構(gòu)、三維結(jié)構(gòu)等。最后依托生成的工裝三維圖，獲取銅包鋁雙金屬復(fù)合材料工裝各項數(shù)據(jù)，結(jié)合構(gòu)件的最終分析數(shù)據(jù)，對工裝進行稍加修改，完成工裝數(shù)字化設(shè)計。通過搭建銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析平臺，引入銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，完成銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計。

3 試驗分析

為了驗證本文提出的銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝的數(shù)字化設(shè)計的有效性，進行試驗分析。由于現(xiàn)實進行工裝設(shè)計會造成大量材料浪費，因此采用仿真實驗的方式，進行有效性驗證。

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

為了確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確度，采用硬件完全相同的2臺設(shè)備，作為試驗工具。同時搭載science仿真軟件，模擬10個不同規(guī)格的銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件的加工流程。其中一臺設(shè)備將模擬的構(gòu)件，利用標(biāo)準(zhǔn)工裝進行仿真加工，另一臺設(shè)備模擬的構(gòu)件，利用本文數(shù)字化設(shè)計的工裝進行仿真加工，將加工完成的模擬構(gòu)件進行對比。10個模擬構(gòu)件完成加工后，進行幾何誤差檢測，設(shè)置檢測工序以及工序加工尺寸偏差如表1所示。

表1 試驗參數(shù)

3.2 試驗分析

試驗后，將基于兩種工裝輔助加工下，構(gòu)件加工幾何誤差結(jié)果進行匯總，匯總數(shù)據(jù)為10個構(gòu)件各個工序加工誤差的平均值，匯總結(jié)果如表2所示。

表2 試驗結(jié)果

由表2可知，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)工裝輔助構(gòu)件加工，會導(dǎo)致部分加工工序產(chǎn)生的幾何誤差大于構(gòu)件加工尺寸要求，影響構(gòu)件的加工質(zhì)量。本文設(shè)計的工裝，能夠有效降低構(gòu)件加工誤差，提高構(gòu)件加工質(zhì)量，同時減少了不必要的標(biāo)準(zhǔn)工裝浪費，具有切實的可行性。

4 總結(jié)

本文提出了雙金屬復(fù)合交通軌道的幾何誤差測試系統(tǒng)，通過搭建銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件分析平臺，引入銅包鋁雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件生產(chǎn)工藝，結(jié)合數(shù)字化設(shè)計技術(shù)，完成本文提出的設(shè)計。試驗分析證明，本文提出的數(shù)字化工裝設(shè)計，能夠有效降低構(gòu)件加工誤差，提高構(gòu)件加工質(zhì)量，希望本文能為雙金屬復(fù)合材料構(gòu)件工裝設(shè)計提供參考價值。