一种复杂蒙皮零件回弹补偿工艺模型建模方法与流程

本发明涉及一种复杂蒙皮零件回弹补偿工艺模型建模方法，属于飞机制造技术领域。

背景技术：

蒙皮零件是一类典型的飞机钣金零件，是构成飞机气动外形的薄板件和内部结构框架的包皮。通常按其几何外形可分为单曲度和双曲度蒙皮，其复杂性在于曲面曲率多为变曲率，且曲率变化无规律，过零件表面做任意截面与外形面相交，每条交线的曲率变化各不相同。蒙皮零件的结构要素主要包括基体、口框等，其中基体是零件的主结构，它决定了蒙皮零件的尺寸范围和基本形状，其它结构要素附着于基体上产生零件局部形状。

蒙皮零件成形过程中产生的回弹量会直接影响最终的形状准确度，对蒙皮零件的型面进行回弹修正是保证零件精确成形的关键。因此，针对曲率变化的复杂蒙皮零件定义回弹补偿工艺模型，建立一种回弹补偿工艺模型建模方法，能够提高零件成形精度，降低模具制造成本，改善钣金件生产质量。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本方法针对变曲率的复杂蒙皮零件，提取蒙皮零件基体外形参考面，沿零件成形方向截面线对曲面离散，得到能够表征零件外形的离散线段集合，对每个截面线进行回弹补偿，以补偿后截面线重构型面，形成回弹补偿的工艺模型。

一种复杂蒙皮零件回弹补偿工艺模型建模方法，其特征对于曲率变化的复杂蒙皮零件，根据回弹变形量对零件模型型面重构，以应用于模具工作型面设计，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：提取蒙皮零件设计模型外形面S^O和工艺分离面F^S，工艺分离面F^S的法向为提取外形面S^O上的沿方向的边界线L^BL和L^BR；

步骤2：任选以下两个步骤之一得到离散截面线i＝1、2、......n：

1、对边界线LBL进行n等分离散，得到离散点P_i^BL，i＝1、2、......n；过离散点P_i^BL作与工艺分离面F^S平行的截平面F_i^SL；截平面F_i^SL与蒙皮零件外形面S^O相交，得到离散截面线

2、对边界线L^BR进行n等分离散，得到离散点P_i^BR，i＝1、2、......n；过离散点P_i^BR作与工艺分离面F^S平行的截平面F_i^SR；截平面F_i^SR与蒙皮零件外形面S^O相交，得到离散截面线

步骤3：以离散截面线的两端点为端点做直线，得到离散截面辅助直线对辅助线进行m等分离散，得到m组等距离散辅助点j＝1、2、......m，过离散辅助点构造的法向截平面法向截平面与离散截面线相交，得到截面线离散点以和为端点构造直线段j＝1、2、……m；测量直线段的长度，得到长度值最大的直线段所对应的点为和点为离散截面线上的最高点；

步骤4：以离散截面线上的最高点为起始点，对截面线进行分段拟合、回弹补偿，得到补偿后的外形轮廓线

步骤4.1：以最高点为起始点将截面线分割为左右两段以Δl为间距分别对进行等距离散，得到等距离散点θ＝1、2……p、γ＝1、2……q，l₁、l₂分别和的长度值；

步骤4.2：分别测量各离散点处的曲率半径值取离散轮廓线离散分段精度为Δ，若标号l～k中的所有离散点均满足1≤l≤θ≤k≤p，则为符合离散精度的离散截面线分段，得到满足离散轮廓线离散分段精度要求的离散截面线分段集合x＝1、2……X，X≤p-1；同样的，得到满足离散轮廓线离散分段精度要求的离散截面线分段集合y＝1、2……Y，Y≤q-1；离散截面线分段集合对应的设计半径分别为

步骤4.3：对各分段离散截面线进行回弹补偿：依据材料厚度值t、相应材料的弹性模量E、屈服极限σ_0.2、塑性应变刚模量D，利用回弹量计算以下公式得到回弹补偿后的半径

$R_{ix}^{IL\′}=\frac{K\·C_L\·E\·R_{ix}^{IL}}{2E+4{\mathrm{\σ}}_{0.2}\frac{R_{ix}^{IL}}{t}}$

其中K＝1，

$R_{iy}^{IR\′}=\frac{K\·C_R\·E\·R_{iy}^{IR}}{2E+4{\mathrm{\σ}}_{0.2}\frac{R_{iy}^{IR}}{t}}$

其中K＝1，

步骤4.4：以离散截面线的最高点为起始点，以计算得到各分段圆弧的补偿后半径值为半径，根据等圆弧要求沿点的切向方向做圆弧段，依次构建分段圆弧回弹补偿后曲线段

步骤5：结合中回弹补偿后的各分段轮廓线，得到补偿后外形离散截面线利用CAD软件中的多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形离散截面线完成多截面曲面定义，生成回弹补偿后的蒙皮外形面S^O′；依据蒙皮零件工艺模型的建模依据，应用CAD软件零件设计模块中的厚曲面定义功能，完成蒙皮零件回弹补偿工艺模型的设计。

有益效果

本发明针对变曲率的复杂蒙皮零件，提取蒙皮零件基体外形参考面，沿零件成形方向截面线对曲面离散，得到能够表征零件外形的离散线段集合，对每个截面线进行回弹补偿，以补偿后截面线重构型面，形成回弹补偿的工艺模型。能够提高零件成形精度，降低模具制造成本，改善钣金件生产质量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1蒙皮零件实例—飞机中后机身零件模型；

图2外形面边界离散；

图3构造边界线截平面；

图4外形面离散截面线示意图；

图5离散截面辅助点、线集示意图；

图6蒙皮零件最高位置点示意图；

图7蒙皮零件外形截面线离散示意图；

图8外形面离散截面线分段示意图；

图9回弹补偿后的各分段圆弧曲线段示意图；

图10建立回弹补偿后的蒙皮外形面；

图11蒙皮零件回弹补偿工艺模型示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本方法针对变曲率的复杂蒙皮零件，提取蒙皮零件基体外形参考面，沿零件成形方向截面线对曲面离散，得到能够表征零件外形的离散线段集合，对每个截面线进行回弹补偿，以补偿后截面线重构型面，形成回弹补偿的工艺模型。

以图1所示的蒙皮零件为例，下面结合附图说明一种复杂蒙皮零件回弹补偿工艺模型建模方法的具体实施过程。

步骤1：提取蒙皮零件设计模型外形面S^O和工艺分离面F^S，工艺分离面F^S的法向为提取外形面S^O上的沿方向的边界线L^BL和L^BR，如图2所示。

步骤2：任选以下两个步骤之一得到离散截面线i＝1、2、……n：

1、对边界线L^BL进行n等分离散，得到离散点P_i^BL，i＝1、2、……n，如图2所示；过离散点P_i^BL作与工艺分离面F^S平行的截平面F_i^SL，如图3所示；截平面F_i^SL与蒙皮零件外形面S^O相交，得到离散截面线，如图4所示

2、对边界线L^BR进行n等分离散，得到离散点P_i^BR，i＝1、2、……n；n；过离散点P_i^BR作与工艺分离面F^S平行的截平面F_i^SR；截平面F_i^SR与蒙皮零件外形面S^O相交，得到离散截面线

步骤3：以离散截面线的两端点为端点做直线，得到离散截面辅助直线对辅助线进行m等分离散，得到m组等距离散辅助点j＝1、2、……m，过离散辅助点构造的法向截平面法向截平面与离散截面线相交，得到截面线离散点以和为端点构造直线段j＝1、2、……m，如图5所示；测量直线段的长度，得到长度值最大的直线段所对应的点为和点为离散截面线上的最高点，如图6所示。

步骤4：以离散截面线上的最高点为起始点，对截面线进行分段拟合、回弹补偿，得到补偿后的外形轮廓线

步骤4.1：以最高点为起始点将截面线分割为左右两段以Δl＝5～10mm为间距分别对进行等距离散，得到等距离散点θ＝1、2……p、γ＝1、2……q，如图7所示，l₁、l₂分别和的长度值，[·]表示取整。

步骤4.2：分别测量各离散点处的曲率半径值取离散轮廓线离散分段精度为Δ，若标号l～k中的所有离散点均满足1≤l≤θ≤k≤p，则为符合离散精度的离散截面线分段，得到满足离散轮廓线离散分段精度要求的离散截面线分段集合x＝1、2……X，X≤p-1；同样的，得到满足离散轮廓线离散分段精度要求的离散截面线分段集合y＝1、2……Y，Y≤q-1；如图8所示，离散截面线分段集合对应的设计半径分别为

步骤4.3：对各分段离散截面线进行回弹补偿：依据材料厚度值t、相应材料的弹性模量E、屈服极限σ_0.2、塑性应变刚模量D，利用回弹量计算以下公式得到回弹补偿后的半径

$R_{ix}^{IL\′}=\frac{K\·C_L\·E\·R_{ix}^{IL}}{2E+4{\mathrm{\σ}}_{0.2}\frac{R_{ix}^{IL}}{t}}$

其中K＝1，

$R_{iy}^{IR\′}=\frac{K\·C_R\·E\·R_{iy}^{IR}}{2E+4{\mathrm{\σ}}_{0.2}\frac{R_{iy}^{IR}}{t}}$

其中K＝1，

步骤4.4：以离散截面线的最高点为起始点，以计算得到各分段圆弧的补偿后半径值为半径，根据等圆弧要求沿点的切向方向做圆弧段，依次构建分段圆弧回弹补偿后曲线段如图9所示。

步骤5：结合中回弹补偿后的各分段轮廓线，得到补偿后外形离散截面线利用CAD软件中的多截面曲面定义功能，依次选择回弹补偿后的外形离散截面线完成多截面曲面定义，生成回弹补偿后的蒙皮外形面S^O′，如图10所示。依据蒙皮零件工艺模型的建模依据，应用CAD软件零件设计模块中的厚曲面定义功能，完成蒙皮零件回弹补偿工艺模型的设计，如图11所示。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。