[发明专利]一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法，属于飞机制造技术领域。

背景技术

框肋零件是飞机钣金零件的主要零件，包括翼肋、机身隔框或其他骨架零件。零件腹板是平的或略带曲度，周围有浅的弯边；腹板上一般分布有减轻孔、定位孔和加强埂；弯边上经常有下陷。随着飞机外形的复杂度增加，弯边一般为具有双曲率外形的曲面。

框肋零件作为飞机结构组成的重要部分，直接影响着飞机的外形准确度和结构承载能力，其制造成为决定飞机整体性能的重要环节。框肋零件的制造关键工序包括数控下料工序和橡皮囊液压成形工序，对于具有异向弯边的框肋零件需要两次橡皮囊液压成形。对于下料工序和橡皮囊液压成形工序，为进行数控编程、成形模具设计、成形模拟等工艺过程，需要制造工序下的工件模型。合理工件形状不仅可以减少成形后的修边工作量，还可改善成形过程中材料的应变分布，提高零件的成形质量。

以往，采用模拟样板模拟量传递的制造技术体系中，采用经验公式法，通过查表及查图法确定公式中的系数，计算展开样板的形状和尺寸；对于一些复杂框肋零件则由钣金制造车间采用试错法制作展开样板。然而，随着零件复杂度的增加及数字化制造技术的应用，基于经验法、试错法的传统展开技术难已适应现代飞机研制的要求。随着数字化制造技术的发展和应用，对于飞机框肋类钣金零件制造工件模型，具有集成性、快速性和精确性的设计方法才能满足飞机产品快速、高质量研制的要求。首先精密钣金成形是钣金零件制造的发展趋势，工件模型应该在满足质量要求的基础上尽可能的准确，减少后续修剪工序；其次工件模型是零件集成制造的一个环节，工件模型定义系统应既能够与上游的产品设计集成，读取零件信息，又能够与下游的数控下料、成形模具设计等系统集成；最后飞机钣金零件种类多、批次多、单件数量少，效率对于零件展开的重要性不言而喻。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法，据框肋零件结构特点和制造工序要求提供一种具有精确、集成和快速特性的工件模型设计方法，计算下料工序中的毛坯及成形工序中的工件形状。

技术方案

本发明的飞机框肋类钣金零件制造工件模型设计方法，其特征在于按制造工序的需要对发生塑性变形而形成的曲面形状结构要素展开成平面，与该工序下不需展开的结构要素共同构成工件形状，具体步骤如下：

步骤1：将腹板平面变换零件至三维坐标系中的XY平面，采用有限元方法将零件中性面划分成网格，赋予每个网格单元不同的编号；所述的网格单元为三角单元，边长小于零件最小弯边高度的百分之二十；

步骤2：根据每个网格单元的三个节点坐标，将任意两条边向量的叉乘除以向量的模，得到网格单元的单位法向量所述两条边向量的叉乘遵循右手定则；

步骤3：将腹板的网格与腹板轮廓内通过塑性变形而形成的减轻孔、加强窝和加强槽非腹板结构要素的网格、制造工序中待展开弯边的网格共同构成曲面片Ω₀，展开形成平面片Ω₁，具体步骤为；

步骤a：以腹板上任一网格单元ΔA₀B₀D₀为首展网格单元，将首展网格单元展开为网格单元ΔABD，网格单元ΔABD的节点A，B，D坐标等于首展网格单元ΔA₀B₀D₀中的A₀，B₀，D₀坐标；

步骤b：计算与首展网格单元ΔA₀B₀D₀四周的任一个邻接网格单元ΔB₀C₀D₀展开为网格单元ΔBCD的节点C坐标：

若ΔB₀C₀D₀的单位法向量与首单元单位法向量一致且节点C的z坐标z_c＝0，则C点坐标与C₀点坐标一致；

否则C点坐标的计算为：