基于數(shù)值模擬的翻邊帶筋肋板彎曲成形工藝研究

0 引 言

翻邊帶筋肋板是支撐飛機機翼上、下翼蒙皮的關(guān)鍵鈑金構(gòu)件，其主要由腹板及側(cè)面設(shè)置有加強筋的翻邊構(gòu)成。目前該類零件采用彎曲模成形零件翻邊（含加強筋），后續(xù)輔以切邊、沖孔、內(nèi)孔翻邊、校正等工序成形。其中，彎曲成形是決定該零件能否順利成形的關(guān)鍵工序。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計，該類零件彎曲成形合格率不足30%，缺陷形式主要為加強筋處翻邊根部及加強筋頂部邊緣開裂。翻邊帶筋肋板零件的生產(chǎn)進度難以保障，是影響該飛機部件裝配交付的瓶頸問題。

與常規(guī)彎曲成形不同，該類肋板零件成形時加強筋處受力復(fù)雜，為彎曲-拉深復(fù)合成形過程，僅通過理論分析及經(jīng)驗難以判定材料流動狀態(tài)。近年來，國內(nèi)多利用有限元仿真模擬復(fù)雜成形過程，預(yù)測開裂、起皺、回彈等成形缺陷，優(yōu)化工藝方案，縮短了試模周期，提高了零件成形質(zhì)量

。現(xiàn)以典型翻邊帶筋肋板零件為研究對象，基于數(shù)值模擬并結(jié)合試驗研究了加強筋處凹模結(jié)構(gòu)形式、凸模與凹模間隙及毛坯形狀對彎曲成形的影響規(guī)律，優(yōu)化工藝參數(shù)，解決了肋板零件彎曲成形破裂問題。

企業(yè)財務(wù)會計工作較為敏感企業(yè)復(fù)雜程度較高，若工作人員的職業(yè)道德素質(zhì)較低，就很可能在工作過程中為一己之私而采取違規(guī)違法操作，從而造成財務(wù)會計信息失真而產(chǎn)生較大風(fēng)險。而職業(yè)道德素質(zhì)欠缺的財務(wù)管理人員為一己之私，則可能會利用自身職務(wù)便利進行擅自篡改財務(wù)報表等不法行為，從而造成財務(wù)會計信息失真，對企業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展帶來非常大的不良影響。

1 零件工藝分析

圖1所示為某機型中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成形難度大的翻邊帶加強筋肋板零件。零件材料為鋁合金LY12-M，厚度

為2 mm，內(nèi)側(cè)圓角

為4 mm，翻邊高度

為24.2 mm（加強筋處設(shè)計有切口）。隔板上翻邊加強筋有4種類型，其俯視結(jié)構(gòu)如圖2所示。加強筋Ⅰ及加強筋Ⅱ結(jié)構(gòu)相似呈對稱分布，一側(cè)深度為19.5 mm，另一側(cè)深度為15 mm。加強筋Ⅲ及加強筋Ⅳ均為半圓形，半徑分別為

15 mm和

18 mm。

③不同職稱醫(yī)護工作者職業(yè)認同程度具有差異性。其中副主任醫(yī)師及以上職稱的醫(yī)護工作者職業(yè)認同程度高于其他職稱醫(yī)護工作者；護士職稱越高認同程度越低，而醫(yī)生職稱越高認同程度越高。調(diào)查結(jié)果顯示，醫(yī)生與護士職業(yè)認同問卷得分沒有顯著性差異，所以并不能斷定醫(yī)生職業(yè)認同程度高于護士。

2 數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化

2.1 建立有限元模型

基于PAM-STAMP 2G建立零件彎曲成形仿真有限元模型。建模時，在軟件CATIA中建立凸模、凹模、頂件器、坯料的幾何模型并以igs擴展名文件導(dǎo)入仿真軟件中。為減少計算時間，將凸模、凹模、頂件器設(shè)置為剛體，坯料設(shè)置為變形體。毛坯的網(wǎng)格劃分采用自適應(yīng)網(wǎng)格優(yōu)化法：在計算初期，使用較粗的單元網(wǎng)格，隨著計算的逐步進行，在某些需要更細密網(wǎng)格描述的區(qū)域，將網(wǎng)格進一步劃分，以盡可能小的計算耗費獲得更好的計算結(jié)果

。有限元模型中，摩擦模型選用經(jīng)典庫倫摩擦，凸模、凹模、頂件器與坯料之間的摩擦系數(shù)

均設(shè)置為0.12，建立的有限元模型如圖3所示。

2.2 優(yōu)化加強筋處凹模結(jié)構(gòu)

由上述分析可知減薄最大區(qū)域為翻邊加強筋Ⅰ根部區(qū)域，因此重點研究凸、凹模間隙對該區(qū)域的影響。圖7所示為不同間隙條件下成形零件加強筋Ⅰ根部區(qū)域的厚度分布云圖。由圖7可知，隨著凸、凹模間隙增大，減薄情況略有改善。但考慮零件腹板尺寸精度公差及后續(xù)加工工序要求，通過鉗工打磨的方式將原模具凸、凹模間隙

由2.0 mm返修為2.3 mm。

2.3 確定加強筋處凸模與凹模間隙

由于零件翻邊加強筋處設(shè)有切口，加強筋處凹模結(jié)構(gòu)多采用原成形方案中隨切口形狀設(shè)計的斜坡式結(jié)構(gòu)和擬采用的平口式結(jié)構(gòu)，如圖4所示，以下分別通過數(shù)值模擬對2種設(shè)計方案的成形效果進行分析。圖5所示為2種凹模結(jié)構(gòu)方案成形零件的厚度分布云圖。由圖5可知，零件最大減薄區(qū)域位于加強筋Ⅰ、Ⅱ較深一側(cè)的翻邊根部。由于加強筋Ⅰ、Ⅱ結(jié)構(gòu)相似，以下僅對加強筋Ⅰ區(qū)域進行分析。斜坡式方案零件最小厚度為1.091 mm，最大減薄率45.5%；平口式方案最小厚度為1.315 mm，最大減薄率34.2%。圖6所示為不同彎曲階段2種方案加強筋Ⅰ區(qū)域的厚度對比，彎曲變形中的各個階段，斜坡式方案的零件厚度均小于平口式方案零件的最小厚度。由以上可知，斜坡式凹模結(jié)構(gòu)彎曲成形時不利于材料向加強筋處翻邊根部轉(zhuǎn)移，無法有效抑制零件加強筋處翻邊根部快速減薄導(dǎo)致的內(nèi)部開裂，平口式凹模結(jié)構(gòu)優(yōu)于斜坡式凹模結(jié)構(gòu)。

特色產(chǎn)業(yè)集群具有文化和資源的地域根植性，是一個地方內(nèi)生形成的生產(chǎn)聚集，具有較強的生命力。因此，返鄉(xiāng)農(nóng)民工創(chuàng)業(yè)集群的建構(gòu)要基于地方特色產(chǎn)業(yè)，加強與科研機構(gòu)、高校、企業(yè)等其他主體的協(xié)同發(fā)展。首先，針對返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)農(nóng)民工群體，政府應(yīng)鼓勵支持返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)群體和企業(yè)建設(shè)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，引導(dǎo)返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)群體資金向地方特色資源合理投向，帶動和支持返鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)群體依托地方性特色產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)業(yè)發(fā)展。其次，特色產(chǎn)業(yè)集群的演化需要返鄉(xiāng)農(nóng)民工的深度挖掘，整合政府、企業(yè)、社會等多方資源，如結(jié)合地方特色產(chǎn)業(yè)引入新的技術(shù)和資源，創(chuàng)新組織形式，完善交易制度等措施。

2.4 優(yōu)化坯料形狀

圖9所示分別為采用3種坯料模擬時零件加強筋Ⅰ處厚度分布情況，坯料缺口降低了變形區(qū)材料的流動阻力，有利于材料向翻邊根部轉(zhuǎn)移。當(dāng)坯料缺口較淺時，翻邊根部減薄略有改善，但此時缺口邊緣位置已出現(xiàn)嚴重減薄現(xiàn)象；當(dāng)坯料缺口較深時，翻邊根部減薄有明顯改善，但是缺口邊緣減薄更劇烈。

坯料形狀影響變形區(qū)材料的流動阻力，直接影響成形結(jié)果

。零件彎曲成形主要變形區(qū)位于加強筋區(qū)域，尤其以加強筋Ⅰ處最為復(fù)雜。該區(qū)域可以通過在坯料相應(yīng)位置開缺口改善加強筋處翻邊根部的減薄情況。如圖8所示，依據(jù)經(jīng)驗設(shè)計3種坯料，其特征為1#坯料加強筋Ⅰ處無缺口，2#坯料加強筋Ⅰ處設(shè)置較淺缺口，3#坯料加強筋Ⅰ處設(shè)置較深缺口。

如圖10所示，現(xiàn)場試模也表明采用帶缺口坯料時，缺口邊緣減薄產(chǎn)生的裂紋易擴展至零件有效區(qū)域，導(dǎo)致零件報廢。為了得到合理的缺口形狀及尺寸，坯料需反復(fù)調(diào)試，影響生產(chǎn)進度，增加試模成本。由于飛機零件多品種、小批量的特點，零件數(shù)量少，生產(chǎn)周期短，不考慮最優(yōu)成形效果，生產(chǎn)中一般直接采用不開缺口或較保守缺口的坯料進行成形。

3 工藝驗證試驗

基于以上研究返修模具并修改下料形狀后，在3 000 kN液壓機上進行試模。第一次試模時由于凸、凹模間隙打磨不合理，零件加強筋Ⅰ根部開裂。后續(xù)經(jīng)二次打磨并經(jīng)測量臂檢測合格后，再次進行試模，成形合格零件，如圖11所示。

4 結(jié)束語

由于飛機零件多品種、小批量的特點且隨著大量科研型驗證機的研制，生產(chǎn)周期愈發(fā)短，相比于汽車行業(yè)，飛機主機廠傳統(tǒng)的模具設(shè)計多依賴于技術(shù)人員的經(jīng)驗。翻邊帶筋肋板彎曲成形時加強筋處變形復(fù)雜，前期基于經(jīng)驗設(shè)計的模具成形的零件合格率低，影響了零件的交付進度。后期采用有限元仿真對成形過程進行定性、定量分析，減少了試模成本、縮短了試模周期。研究表明，凹模翻邊加強筋處采用平口式結(jié)構(gòu)及增大凸、凹模間隙能有效避免危險區(qū)域的過度減薄；合理的坯料缺口有利于材料向翻邊加強筋根部流動，但口部開裂對缺口尺寸較敏感，口部裂紋容易擴展至零件有效區(qū)域而導(dǎo)致零件報廢。然而，平口式結(jié)構(gòu)優(yōu)于斜坡式結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)還需進一步探討。

[1]孟凡芳,徐 凱,宋 慧,等.基于CAD/CAE的汽車覆蓋件拉延模設(shè)計[J].鍛壓技術(shù),2017,42(1):98-101.

[2]張 超,李 萍,曹婷婷,等.汽車后座椅橫梁沖壓成形過程的數(shù)值模擬[J].精密成形工程,2010,2(3):27-31.

[3]李春友.基于AutoForm的加強板沖壓工藝仿真與優(yōu)化設(shè)計[J].熱加工工藝,2013,42(3):90-93.

[4]翁茂榮,李 強,曹淼龍.汽車前地板單動拉延成形工藝分析與數(shù)值模擬[J].鍛壓技術(shù),2015,40(5):48-51.

[5]陸靜易,彭文虎,劉 振,等.主應(yīng)變分析在成形零件邊部開裂中的應(yīng)用[J].模具工業(yè),2021,47(2):36-38.

[6]李瀧杲,王書恒,徐 巖.金屬板料成形有限元模擬基礎(chǔ)——PAMSTAMP2G(Autostamp)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008:41-44.

[7]郎利輝,王永銘,謝亞蘇,等.某鋁合金異形盒形件充液成形坯料形狀優(yōu)化[J].精密成形工程,2013,5(3):19-23.

[8]肖良紅,羅慧娜,向俊仲,等.基于AutoForm的轎車行李箱內(nèi)板成形工藝優(yōu)化[J].鍛壓技術(shù),2014,39(6):60-64.