[发明专利]大型夹芯复合板曲面的无缺陷多点成形方法

权利要求书

1.大型夹芯复合板曲面的无缺陷多点成形方法，以上多点模具(1)、上模板(3)、上弹性垫(5)、下多点模具(2)、下模板(4)和下弹性垫(6)作为成形工具，对夹芯复合板(7)进行对压塑性成形；上模板(3)与上多点模具(1)接触，上弹性垫(5)位于上模板(3)与夹芯复合板(7)之间；下模板(4)与下多点模具(2)接触，下弹性垫(6)位于下模板(4)与夹芯复合板(7)之间；夹芯复合板(7)是由两个面板(14)及夹持在两个面板(14)中间的夹芯(15)构成，面板(14)与夹芯(15)粘接或者焊接在一起；上多点模具型面(8)与下多点模具型面(9)的曲面形状均由规则排列的m列n行个基本体单元(10)的高度来控制，基本体单元(10)的端部为球冠；基于夹芯复合板(7)到曲面成形件(11)成形过程中所产生的双向弹塑性弯曲变形以及上弹性垫(5)与下弹性垫(6)的压缩变形，预测出回弹变形量与弹性垫压缩变形量，构造出能够补偿回弹变形与弹性垫压缩变形的多点模具型面用于夹芯复合板多点成形，通过成形曲面形状预补偿的方式抵消弹性垫压缩变形与复合板回弹变形造成的形状误差，从而实现大型双曲度复合板曲面零件的无缺陷精确成形，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、设定基本体单元(10)的高度方向为z-坐标轴方向，并设定基本体单元(10)的列排列方向为x-坐标轴方向，基本体单元(10)的行排列方向为y-坐标轴方向；确定各基本体单元(10)的中心线在x-方向的坐标x_i及y-方向的坐标y_j，其中i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n；m是基本体单元(10)的列数，n是基本体单元(10)的行数；确定出曲面成形件(11)的目标曲面(12)在x-y坐标系下的方程s(x,y)；

步骤二、利用公式(1)确定弹性垫的压缩变形量

其中，H_t为弹性垫的厚度，E_t为弹性垫的材料的弹性模量，A为曲面成形件(11)在xy平面的投影面积，P为上多点模具(1)上施加的压力；

步骤三、基于夹芯复合板(7)的材料性能参数、夹芯复合板(7)的厚度以及曲面成形件(11)的曲率，利用公式(2)与公式(3)计算在多点模具各基本体单元中心点(x_i,y_j)处回弹补偿曲面(13)的x-方向曲率及y-方向曲率

其中，

式中为目标曲面(12)的方程s(x,y)在x-方向的曲率，为目标曲面(12)的方程s(x,y)在y-方向的曲率；h为夹芯复合板(7)的两个面板(14)与夹芯(15)的总厚度，t为夹芯复合板(7)的面板(14)的厚度，E为夹芯复合板(7)的面板(14)的材料的弹性模量，σ_s为夹芯复合板(7)的面板(14)所使用的材料的初始屈服应力，μ为夹芯复合板(7)的面板(14)所使用的材料的泊松比，E_p为夹芯复合板(7)的面板(14)所使用的材料的线性强化模量；

步骤四、基于三次B样条函数，通过插值得到由方程(4)表示的回弹补偿曲面(13)在x＝x_i处的截面线的方程及由方程(5)表示的回弹补偿曲面(13)在y＝y_j处的截面线的方程：

其中，B_k,4(x)与B_l,4(y)为三次B样条基函数，b_i,l由方程(6)确定，b_k,j由方程(7)确定；

式中为x＝x_i处回弹补偿曲面(13)的截面线的z-坐标，由方程(8)确定；为y＝y_j处回弹补偿曲面(13)的截面线的z-坐标，由方程(9)确定：

其中，曲率由方程(2)给出，曲率由方程(3)给出；d为相邻基本体单元(10)间的中心距；

步骤五、确定上多点模具(1)的各基本体单元(10)的高度；利用公式(10)计算上多点模具(1)的第i列第j行基本体单元(10)的高度方向坐标

其中，s_x(x_i,y)由方程(4)给出，s_y(x,y_j)由方程(5)给出；δ为上弹性垫(5)的压缩变形量，由公式(1)给出，H_t为上弹性垫(5)的厚度，H_b为上模板(3)的厚度，r为基本体单元(10)的球冠的半径；为上多点模具(1)的第i列第j行基本体单元(10)与曲线s_y(x,y_j)切点的x-坐标，由方程(11)给出；为上多点模具(1)的第i列第j行基本体单元(10)与曲线s_x(x_i,y)的切点的y-坐标，由方程(12)给出；

步骤六、确定下多点模具(2)的各基本体单元(10)的高度；利用公式(13)计算下多点模具(2)的第i列第j行基本体单元(10)的高度方向坐标

其中，s_x(x_i,y)由方程(4)给出，s_y(x,y_j)由方程(5)给出；δ为下弹性垫(6)的压缩变形量，由公式(1)给出，H_t为下弹性垫(6)的厚度，H_b为下模板(4)的厚度，r为基本体单元(10)的球冠的半径；为下多点模具(2)的第i列第j行基本体单元(10)与曲线s_y(x,y_j)切点的x-坐标，由方程(14)给出；为下多点模具(2)的第i列第j行基本体单元(10)与曲线s_x(x_i,y)的切点的y-坐标，由方程(15)给出；

步骤七、根据上多点模具(1)与下多点模具(2)中的各基本体单元(10)的高度方向坐标与调整各基本体单元(10)的高度，形成用于多点成形的上多点模具型面(8)与下多点模具型面(9)；对夹芯复合板(7)进行多点对压成形，上多点模具(1)与下多点模具(2)合模后，夹芯复合板(7)变形成为与回弹补偿曲面(13)一致的形状；上多点模具(1)与下多点模具(2)分开后，成形曲面产生回弹变形，回弹变形结束后，获得形状与目标曲面(12)的方程s(x,y)一致的曲面成形件(11)。