钛合金蒙皮拉形数值模拟与试验

蒙皮类零件通常采用拉形工艺进行成形。基于通用分析软件Abagus对钛合金蒙皮拉形工艺过程进行了数值模拟,通过正交试验获得了较优加载轨迹组合参数,并分析了较优加载轨迹参数下零件成形效果,试验结果表明,回弹量大,成形零件不合格,需进一步控制回弹;研究了预拉与补拉对蒙皮拉形的影响,得出预拉可使板料应力均匀分布和补拉可减小回弹量的结论;利用Think Design软件对模具型面进行回弹补偿,模拟结果显示可以将回弹量控制在有效范围内。     

飞机蒙皮零件数控精确拉形技术应用研究

以某大型客机蒙皮零件为例,设计了基于数字化工艺设计与有限元仿真的数控精确拉伸成形技术方案。基于毛料面内变形状态分析设计了多工步拉形加载轨迹,通过"虚拟拉形"有限元模拟比较了多种纵拉和横拉方案及相应工艺参数下的成形质量。有限元模拟结果表明,该零件采用横拉方案效果优于纵拉方案,并根据有限元模拟结果优化了空间加载轨迹参数。根据设备求解生成数控代码,在Cyril Bath L2x350数控拉伸机上直接进行了自动化拉伸成形试验,获得了合格的零件,并比较验证了有限元分析和测量数据结果,验证了设计的飞机蒙皮零件数控精确拉形技术方案的可行性和准确性。     

铝合金复杂变截面蒙皮拉形有限元仿真与试验研究

为改善铝合金蒙皮零件的成形质量,降低蒙皮拉形零件的生产成本,以VTL1000拉形机生产的某复杂变截面蒙皮零件为例,基于Dyna Form软件,对蒙皮拉形过程进行了有限元仿真研究。结合对仿真结果中蒙皮厚度和应变分布的分析,研究了相关工艺参数对蒙皮拉形的影响,并对传统的拉形方式进行了改进;结合该零件的结构特点,给出了一种最佳模具倾角参数的设计方法,可以进一步提高成形质量;最后,根据仿真结果,制定了该零件工艺方案,并通过试验验证了该工艺方案的可行性。     

复杂蒙皮拉形工艺有限元仿真与试验研究

拉伸成形是飞机蒙皮零件的主要成形方式之一。在蒙皮拉形工艺分析软件中设置主要工艺参数,并在有限元仿真软件中对各种参数组合下的蒙皮拉形过程进行仿真分析,根据仿真结果,优化工艺参数;针对优化结果,再进行有限元仿真分析和生产性试验。对试验中毛料的应变和厚度进行测量,并对比试验和仿真中零件的应变分布、减薄率分布等指标,两者符合较好。同时,针对仿真与试验中出现的起皱相差较大的现象,进行了初步分析。     

飞机蒙皮振动辅助拉伸成形工艺分析

拉伸成形结束后,由于残余应力的存在导致蒙皮零件产生较大的回弹,会严重影响蒙皮的使用质量。基于回弹产生的原因,从工件的应力-应变机制阐述了振动减小残余应力的机理,提出了一种振动辅助飞机蒙皮拉伸成形的新工艺方法,给出了该工艺的主要参数——频率、振幅在应用选择上的依据条件及实际运用中可选择的合理范围。以飞机前缘蒙皮拉伸成形为例,通过数值仿真模拟,分析了施加振动对成形蒙皮零件回弹的影响以及频率、振幅对改善回弹的影响,并通过实验加以验证。结果表明,在飞机蒙皮拉伸成形过程中,施加振动可以更加有效地减小零件的回弹,当选取的工艺参数频率为30 Hz左右、振幅在1.5 mm左右时回弹值最小,效果最佳。     

基于数字化的蒙皮拉形加载轨迹优化与应用

针对飞机平尾前缘蒙皮零件,提出了利用数字化的方法进行拉形加载轨迹的优化思路。首先,计算出零件成形所需的拉伸率和包覆角,应用飞机蒙皮拉形工艺设计与制造系统对加载轨迹进行仿真,优化得到了成形精度高的钳口运动轨迹;其次,将运动轨迹转化为边界条件,利用Pam-stamp有限元模拟分析了拉形后的减薄和贴模情况,以说明优化后的加载轨迹的合理性;最终,获得了分两次拉形的加载轨迹,并自动生成设备钳口的拉伸运动轨迹。利用厚度为3.5 mm的2A12铝合金O状态板料进行了拉形试验,发现成形零件的厚度均匀(3.18~3.29 mm)、贴模良好,成功地避免了成形缺陷的产生,验证了数字化加载轨迹优化思路的可行性,为智能化精确制造技术的开发奠定了基础。     

一种降低飞机蒙皮回弹的装置及工艺

拉伸成形是飞机蒙皮的基本成形方法。结合蒙皮拉伸成形回弹过大的缺陷及影响因素,设计了一种振动辅助拉伸成形装置,分析了施加振动减小回弹的机理并提出了振动辅助拉伸成形的工艺方法。以单曲度蒙皮拉伸成形为例,通过数值仿真模拟,分析了施加振动对成形蒙皮零件回弹的影响,结果表明施加振动后回弹量明显减小,最大回弹值由1.44mm降到0.75mm,成形质量显著提高。     

拉形与充液复合成形工艺的数值模拟研究

根据单拉实验获得铝合金2024-O的材料力学性能,通过Dynaform有限元分析软件对拉形与充液复合成形工艺进行了数值模拟研究,并分析了复合成形下零件的减薄率、FLD成形极限和回弹,得到了成形零件的减薄率、成形极限图和贴模度回弹数值。结果显示,相比原有的蒙皮拉形工艺,该复合成形工艺可以将高难度零件成品率从10%提高至80%,消除了部分区域的过分减薄,局部最大减薄率从22%降低至15%以内,极大地提高了零件的工艺稳定性。同时,该复合成形工艺综合了蒙皮拉形和液压成形的优势,使零件变形量均匀分布,有效提高了零件的定形性。最终通过实验验证了复合成形工艺的可行性和可靠性。     

飞机铝合金双曲度蒙皮充液成形的数值模拟与试验

针对某型飞机上蒙皮零件,基于有限元分析软件Dynaform,对主动式充液成形和被动式充液成形两种方案进行了数值模拟对比分析。根据数值模拟结果,认为该零件较适合采用主动式充液成形,其次,通过修改工艺补充面和优化成形工艺参数,有效地控制零件的最大减薄量。同时,保证一定的减薄量,使板料达到塑性变形状态,从而有效减小回弹。再通过回弹分析,根据回弹量计算结果,运用Think Design软件对模具型面进行回弹补偿,将回弹量控制在合格范围内。最终通过实际试模,验证了数值模拟的准确性及适用性,加工出表面质量良好、精度满足要求的合格产品。     

飞机复杂蒙皮拉形工艺参数优化设计

蒙皮拉形是一个复杂的材料成形过程,对其进行工艺参数的优化十分重要。文章阐述了蒙皮拉形中的主要成形缺陷,并将这些缺陷进行量化,作为拉形工艺优化的目标函数。分析拉形过程中的主要工艺参数,提出了筛选重要参数的方法,以确定对成形质量起决定性作用的工艺参数。应用响应面法建立了工艺参数与成形质量评价指标之间的函数关系,并采用评价函数法,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,对拉形实例进行了工艺参数的优化。通过有限元仿真以及生产试验,验证了该工艺参数优化方法的有效性与准确性。     

Optimization on springback reduction in cold stretch forming of titanium-alloy aircraft skin

An optimization method was presented for cold stretch forming of titanium-alloy aircraft skin to determine process parameters and to reduce springback.In the optimization model,a mathematical formulation of stress difference was developed as an indicator of the degree of springback instead of implicit springback analysis.Explicit finite element method(FEM)was used to analyze the forming process and to provide the stress distribution for calculating the amount of the stress indicator.In addition,multi-island genetic algorithm(MGA)was employed to seek the optimal loading condition.A case study was performed to demonstrate the potential of the suggested method.The results show that the optimization design of process parameters effectively reduces the amount of springback and improves the part shape accuracy.It provides a guideline for controlling springback in stretch forming of aircraft skin.     

大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮拉伸成形工艺优化

拉伸成形工艺是飞机蒙皮零件的基本成形方法。针对某大厚度双曲度铝合金飞机蒙皮进行了拉伸成形工艺研究和优化。为了保证数值模拟的准确性和可靠性,进行了材料性能测试试验,获取了该蒙皮多道次加工时每一道次、不同热处理状态下的材料性能。通过数值模拟,研究了拉伸成形工艺参数包括各道次拉伸量、上模压力、合模间距对贴模和回弹的影响规律。结果表明:合模间距为7 mm时,成形后零件的厚度在大部分区域基本均匀;上模压力在200~1000 kN之间时,增加压力能有效地改善贴模度。据此,提出了优化拉伸成形工艺。针对该蒙皮零件厚度大而导致的回弹大、仅靠工艺优化不能完全满足贴模度要求的问题,进行了模具型面补偿研究。结果表明,该工艺可用于生产满足质量要求的蒙皮零件,并能减少成形道次、降低加工成本、提高生产效率。     

Finite element method simulation of shotpeening wing skin panel

Finite element method(FEM) was used to simulate the forming process of shotpeening the wing skin panel. Experiment of shotpeeing the wing skin panel was carried, out. The results show that equivalent deformation in shotpeening process can be obtained using the elongation and bending result caused by thermal stress that is induced by applying temperature load on the surface of the part. Deformation of the part in the shotpeeing process can be analyzed using this method. The parameters and their relationships are identified.     

VTL型数控蒙皮拉形机加载轨迹设计

针对VTL型数控蒙皮拉形机建立三维数字化模型,并对其进行机构运动分析。根据蒙皮拉形变形特点,提出一种拉形加载轨迹设计方法。基于应变控制设计出执行钳口运动轨迹,并根据拉形机机构运动规律,将执行钳口运动轨迹转化成拉形机驱动机构运动参数。采用CAA技术在CATIA平台上开发了相应的加载轨迹设计软件;以柱形蒙皮为例,利用开发的软件设计加载轨迹,通过有限元模拟和试验,验证了轨迹设计的合理性。     

多点拉形中回弹的影响因素研究

多点拉形是成形飞机蒙皮件的一种新技术。整体模具被离散的多点模具代替,在多点模具和板料之间放置弹性垫用来抑制压痕。在卸载之后,不仅有板料自身的恢复变形,还有弹性垫恢复到原来的形状的影响,这使得多点拉形比传统拉形的回弹更加复杂。文章对多点拉形成形蒙皮类零件的成形和回弹过程进行了数值模拟,分析了拉伸量、板厚、材料、摩擦系数等因素对回弹和成形精度的影响。结果表明,拉伸量越小,回弹量越大;板料越薄,回弹量越大;板料的弹性模量越大,回弹量越小,对成形件的形状影响越大;摩擦系数越大,回弹量越大。比较了在相同的成形条件下柱面件、马鞍面件、环面件回弹的大小,结果表明,回弹对单曲度成形件的影响比双曲度的大。     

板料凹弯边橡皮成形回弹分析与控制方法

橡皮成形是飞机制造业中的一种非常重要的加工方法,凹弯边成形是橡皮成形的典型形式之一。该文采用正交试验方法分析了不同因素对凹弯边回弹的影响。发现,随着模具半径的增加,回弹增加;随着倒角半径、翻边高度的增加,回弹先降低后增大;随着压力的增加,回弹先增加后降低。并选择一典型凹弯边实际零件进行回弹分析,建立了模拟模型。发现,模拟过程能够很好的预测回弹量。基于模拟和实验结果进行修模,成形后的零件回弹均达到要求。对于下陷成形,采用硬度较高的聚氨酯和较大压力,即可达到一次成形的目的。