[发明专利]大型夹芯复合板曲面的无缺陷多点成形方法

说明书

本发明提供一种大型夹芯复合板曲面的无缺陷多点成形方法，使用离散多点模具，结合弹性垫与模板的使用，抑制夹芯复合板多点成形过程中压痕的产生，通过合理地设计多点模具的型面，补偿弹性垫变形与复合板回弹变形造成的影响，消除成形误差，实现大型夹芯复合板曲面的精确塑性成形；本成形方法省去了传统的整体模具及其制造、加工与调试的过程，显著地降低了成本，能实现不同形状曲面成形件的柔性、快速成形，可以满足金属塑性加工领域对大型金属夹芯型复合板三维曲面零件加工新技术的需求，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于金属塑性加工领域，公开了一种大型夹芯复合板曲面的无缺陷多点成形方法，适用于大型金属夹芯型复合板三维曲面零件的塑性成形。

背景技术

随着各种轻量化夹芯型复合板如蜂窝板、泡沫夹芯板等在航空、航天、交通运输、建筑、军事等领域应用越来越广泛，工程领域对于大型夹芯复合板三维曲面的需求量也越来越大。多点成形技术不需要专用模具能实现大型夹芯复合板曲面零件的低成本、高效、快速塑性成形。但是，由于在成形过程中多点模具与复合板之间是离散的点接触方式，在接触点处多点模具对变形的夹芯复合板施加集中力，极易在成形件表面产生凹坑形成压痕缺陷，特别是相对密度很低的夹芯板压痕问题更为突出；另外，由于复合板曲面通常尺寸较大，但曲面的曲率不大，这些曲面零件在成形中的回弹变形比较大，严重影响其成形精度，因此，压痕缺陷与回弹变形问题是复合板曲面多点成形中需要解决的技术难题。

发明内容

为解决大型金属夹芯复合板三维曲面零件的、高效、低成本塑性成形问题，本发明提供一种基于离散多点模具的成形方法，结合弹性垫与模板的使用，抑制夹芯复合板多点成形过程中压痕的产生，通过合理地设计多点模具的型面，补偿弹性垫变形与复合板回弹变形造成的影响，消除成形误差，实现大型夹芯复合板曲面的精确塑性成形。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

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、上模板、上弹性垫、下多点模具、下模板和下弹性垫作为成形工具，对夹芯复合板进行对压塑性成形；上模板与上多点模具接触，上弹性垫位于上模板与夹芯复合板之间；下模板与下多点模具接触，下弹性垫位于下模板与夹芯复合板之间；夹芯复合板是由两个面板及夹持在两个面板中间的夹芯构成，面板与夹芯粘接或者焊接在一起；上多点模具型面与下多点模具型面的曲面形状均由规则排列的m列n行个基本体单元的高度来控制，基本体单元的端部为球冠；基于夹芯复合板到曲面成形件成形过程中所产生的双向弹塑性弯曲变形以及上弹性垫与下弹性垫的压缩变形，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，具体步骤如下：

步骤一、设定基本体单元的高度方向为z-坐标轴方向，并设定基本体单元的列排列方向为x-坐标轴方向，基本体单元的行排列方向为y-坐标轴方向；确定各基本体单元的中心线在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是基本体单元的列数，n是基本体单元的行数；确定出曲面成形件的目标曲面在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为曲面成形件在xy平面的投影面积，P为上多点模具上施加的压力；

步骤三、基于夹芯复合板的材料性能参数、夹芯复合板的厚度以及曲面成形件的曲率，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)处回弹补偿曲面的x-方向曲率及y-方向曲率