[发明专利]锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定方法

说明书

本发明涉及一种锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定方法，包括以下步骤：S1、确定锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定原则；S2、建立球坐标系。空间点到原点的距离为r，以原点到该点的连线与正z轴之间的夹角为仰角θ，建立球坐标系；S3、确定锥形薄壁高筋构件曲面方程以及对应干涉值为d时曲面方程；S4、确定包络模表面点坐标及其在空间包络成形过程中的轨迹点坐标；S5、确定包络模该点在包络成形过程中特征角判定准则；S6、确定包络模表面点最大干涉曲面判定准则。通过本发明方法，可快速得出任意锥形薄壁高筋构件的干涉极限，具有很强的通用性和实用性。

技术领域

本发明涉及锥形薄壁高筋构件成形领域，更具体地说，涉及一种锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定方法。

背景技术

薄壁高筋构件重量轻、刚度高、强度高、承载能力强，是航天装备的关键承载部件。主要用于制造火箭舱室、油箱、飞机机身、机翼等结构件。然而，由于薄壁高筋零件尺寸大、形状复杂，制造难度大。

目前主要的加工方法有铣削、精密铸造、焊接等。但这些工艺存在着材料利用率低、加工成本高、零部件性能差、使用寿命低等缺陷。传统的锻造工艺虽然可以生产出高效率、低成本的高性能零件，但由于锻压机吨位不足、填充材料困难，不能直接用于薄壁高筋零件的成形。

空间包络成形方法是通过连续局部塑性变形实现构件整体成形的先进制造技术，特别适合成形薄壁构件。在空间包络成形过程中，利用包络模回转运动以及构件不均匀受力，可以成形锥形薄壁高筋构件。在空间包络成形过程中，包络模对锥形薄壁高筋构件产生干涉，严重削弱了构件的承载能力。如果干涉极限值大于临界值，构件在受到偏心载荷的作用下极易发生破坏，不能进行生产使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定方法，可快速得出任意锥形薄壁高筋构件的干涉极限。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定方法，包括以下步骤：

S1、确定锥形薄壁高筋构件空间包络成形干涉极限判定原则：当包络模表面一点运动过程中位于锥形薄壁高筋构件实体内部，则该点存在干涉，判定该点所在干涉曲面，得到该点干涉量，对比所有点的干涉量即得到干涉极限；

S2、建立球坐标系；将包络模顶点作为坐标原点o，以通过坐标原点的机床主轴中心线为z轴，以包络模进给方向为z轴负向，以空间点到原点的距离为r，以原点到该点的连线与正z轴之间的夹角为仰角θ，建立球坐标系

S3、确定锥形薄壁高筋构件曲面方程以及对应干涉值为d时曲面方程；

S4、确定包络模表面点坐标及其在空间包络成形过程中的轨迹点坐标

S5、确定包络模该点在包络成形过程中特征角判定准则；

S6、确定包络模表面点最大干涉曲面判定准则。

上述方案中，在所述步骤S3中，锥角为180°时薄壁高筋构件由平面组成，任取一参考平面得其平面方程为Ax+By+Cz+D＝0，对应的锥形薄壁高筋构件曲面方程为f(x，y，z)＝0，干涉曲面方程为f(x′，y′，z′)＝0；锥形薄壁高筋构件曲面方程以及对应干涉值为d时曲面方程计算如公式(1)所示：

式中，β是锥形薄壁高筋构件锥角补角的二分之一。

上述方案中，在所述步骤S4中，包络模表面点坐标计算方程如公式(2)所示，包络模表面点的轨迹点坐标计算方程如公式(3)所示：

式中，是锥形薄壁高筋构件表面点A三维球坐标，γ是包络模锥角补角的二分之一。