[发明专利]一种基于塑性变形-空气动力学交叉理论的表面质量诊断方法

说明书

一种基于塑性变形‑空气动力学交叉理论的表面质量诊断方法，是将充液成形这种柔性介质成形技术与空气动力学技术相结合的产品表面质量检测方法。采用空气动力学跨音速绕流模型对零件的拟合轮廓进行数值模拟，通过观察零件表面空气流场的压强分布、流速分布以及马赫数分布，判断零件表面光顺性程度，目的在于提供一种可以获得更加高效、更加直观的产品表面质量检测手段。该方法采用了试验研究与数值模拟相结合的手段，通过直观地分析零件表面轮廓的空气动力学流场模拟结果有压强分布、流速分布和马赫数分布，更加直观地显示零件表面质量的缺陷分布，可以有效缩短产品表面质量的检测时间，提高检测效率。

技术领域

本发明属于金属板材轻量化成形技术领域，特别是涉及一种基于塑性变形-空气动力学交叉理论的表面质量诊断方法。

背景技术

航空飞行器蒙皮件的形状比较规则，而且生产批量小，因此，目前成形该类零件的工艺方法还主要集中在传统冲压工艺和拉形成形。在传统成形工艺中，板料与刚性模具之间的接触摩擦使得零件表面通常有各种缺陷(滑移线、光亮带以及因为回弹引起的局部塌陷)产生。零件的表面质量会影响飞行过程中飞行器表面空气流场的压强分布和流速分布，影响飞行器在飞行中的空气阻力，进而影响结构整体的工作性能和工作效率。在充液成形工艺过程中，高压流体作为柔性传力介质取代传统刚性凸模或凹模，板料在高压液体的均布载荷作用下包裹在凸模或凹模上。因为流体介质作用于板料单位法向上，使得板料与刚性模具之间不易产生相对滑动，减小了板料与模具之间的摩擦。充液成形技术因为流体介质的“摩擦保持”和“流体润滑”效果，不仅能够提高材料的成形极限，而且获得的零件表面质量要优于传统冲压工艺得到的零件表面质量。

在飞机制造领域，受成形材料性能的影响，蒙皮件成形表面质量的检测一直集中于形状尺寸精度。一般采用零件表面与模具贴合间隙大小的评判方法，即贴模度。通常的检验方法如下：成形工艺结束后，因为模具型面尺寸为生产标准，因此依据现场成形模具作为检验工装，将产品放置模具上，通过手压或者采用沙袋均布加压的方式进行产品在检测模具上的固定，然后利用塞尺对两者边缘的贴模度进行测量，或者凭工人的经验判断其是否贴模。该传统方法测量结果的精度全凭工人的经验程度，往往测量结果受外界影响的波动比较大，具有测量的随机性与不稳定性。因为试验方法中数据采集量大、测量过程繁琐、测量过程随机性以及数据处理方法多等缺陷，这些都使得利用便捷、容易操作的方法去定性判断零件表面成形尺寸变化程度成为研究的热点。近年来，随着计算机技术的发展而出现的光学非接触测量技术，因为检测方便、精度高等特点，应用越来越广泛，具体形式有照相检测、雷达扫描检测等。

为了验证充液成形获得的零件表面质量优于传统冲压成形获得的零件表面质量这个观点，突破传统测量表面光顺性的方法(如Autoform以及Catia中的zibra line法)以及借助其它设备的测量方法，提出了一种基于具体工作环境下利用数值模拟与理论分析相结合的手段判断零件表面质量的方法，可以有效缩短产品表面质量的检测时间，提高检测效率，更加直观地显示不同工艺成形后的产品表面质量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于塑性变形-空气动力学交叉理论的表面质量诊断方法，将充液成形这种柔性介质成形技术与空气动力学技术相结合，达到轻质合金零件表面质量提高和表面质量检测更加便捷和直观的效果。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于塑性变形-空气动力学交叉理论的表面质量诊断方法按顺序包括如下步骤：

1)首先，利用充液成形工艺和传统冲压工艺获得外形尺寸相同的弧形回转体薄壁零件，利用激光跟踪仪采集零件表面离散点的几何坐标，得到了零件表面测量点的数据信息，然后采用逆向工程，利用MATLAB对这些点云进行多项式拟合得到3D数模，将拟合结果的四种误差值如复相关系数(R-square)、调整自由度复相关系数(Adjusted R-square)、误差平方和(SSE)和均方根误差(RMSE)作为评定曲面拟合质量的关键参考因素，判断试验过程的合理性与准确性。