成形钣金件的回弹补偿的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年11月12日提交的申请号为61/903, 374的美国临时专利申 请的权益，其内容通过引用的方式并入。
技术领域
[0003] 本申请的技术涉及装配件，并且更特别地应用于钣金件中的弯曲表面的回弹和补 偿的计算。本申请的技术进一步涉及通过利用插值法和有限元技术的这种计算，且涉及用 于执行这种计算的计算系统和方法，以便制造包括但不限于钣金飞机部件的部件。
【背景技术】
[0004] 通常，飞机外表面的蒙皮是通过拉伸制造的。使机械部件成形常常必须满足空气 动力学要求和视觉方面。
[0005] 主要的问题是部件例如前缘和具有双负曲率的部件（例如，使用冲弯机部件） 的回弹。参见例如Maker等人的"使用LS-DYNA用于回弹分析的过程（AProcedurefor SpringbackAnalysisUsingLS-DYNA)"（利弗莫尔软件技术公司（LivermoreSoftware TechnologyCorp.)，2003)，将其通过引用并入本文。
[0006] 为了使残余应力和变形最小化，现有技术将这样的部件分为两个零件，这增加了 重量和成本，且也影响了视觉外观。
[0007] 在过去，通过使用拉伸机（拉伸成形机）来执行弹性回弹补偿，但是现在，通过利 用常规的三态流体单元压力机（triformfluidcellpress)来制造许多部件，其不需要与 拉伸成形机一样提供评估回弹和执行回弹补偿的机会。
[0008] 在弯曲表面（钣金件）上通过使用有限元分析技术来应用回弹补偿，使得在飞机 的铆接结构中的成本、残余应力和变形最小化。
[0009] 本文的技术满足包括那些由所制造的钣金件制成的部件的复杂部件的视觉外观 和空气动力学。
[0010] 本文的技术可被用于制造较窄的部件（例如，前缘和缝翼）和双负曲率部件，并且 不需要在片的表面上留下标记，从而不会对视觉方面产生不利的影响。
[0011] 所述补偿技术对曲线逐点使用具有恒定的可调节性近似方程。所使用的常量（系 数）可以取决于几何学和成形的类型（拉伸或者液压）。该示例性非限制性过程不需要利 用材料的机械特性。
[0012] 不用考虑用于成形（拉伸或者液压）的方法，本文的技术能使用任何类型的在室 温或加热下处理铝合金的补偿模具。
【附图说明】
[0013] 通过结合附图来参考以下示例性非限制性实施例的详细说明，这些和其他特征和 优点将会更好和更完全地被理解，在附图中：
[0014] 图1示出了当插值过程（插值方程）的常量（系数）未知时，用于使钣金件的弯 曲表面成形的示例性非限制性处理流程。在这种情况下，制造模具并在测试部件被制造后 对拉伸进行补偿是有用的。
[0015] 图2示出了示例性非限制性流程图，该流程图示出了当插值方程的常量（系数） 的值是现有知识时的用于钣金件的弯曲表面成形方法。
[0016] 图3是具有双负曲率的示例性非限制性部件的补偿的示意图，并且图4示出了图 3的具有示例性双负曲率结构沿着AB截取的横截面。图3中的线（网格）之间的距离取 决于导数（dz/dx)和（dz/dy)，g卩，与这些值成反比。典型地，网目尺寸的范围可从IOmm到 50mm，并且可在同一模具中具有不同的尺寸。
[0017] 图5示出了在回弹补偿区域内的点的顶部示意图，并且图6示出了图5示例性结 构沿着AB截取的横截面。
[0018]图7是用于较窄的部件前缘和缝翼的示例性非限制性补偿的俯视图的示意图，并 且图8示出了图7示例性结构的沿着AB截取的横截面。在同一模具中，曲线之间的距离可 从10到IOOmm之间变化。同一曲线上的点之间的距离可在2到20mm之间变化。
[0019] 图9是被用在非限制性计算的实例中的通用的非限制性电子表格或计算矩阵的 实例；
[0020] 图10示出了双负曲率的实例；
[0021] 图11示出了较窄的部件（前缘）的实例；并且
[0022] 图12示出了用于执行本文所述技术的示例性非限制性计算装置。
【具体实施方式】
[0023] -般而言，有限元法（FEM)是用于求得关于微分方程的边界值问题的近似解的数 值技术。有限元法使用变分法（变分微积分）将误差函数降到最低，并获得稳定解。与连 接多个微小的线能够近似较大的圆的想法相似，FEM包括所有如下的方法，这些方法用于 将在多个较小的被称为有限元的子域上的多个简单方程连接起来，以近似较大域上的较复 杂方程。参见例如维基百科的文章"有限元法"（2013)、以及刘的"有限元法第二版实用教 程"（爱思唯尔（Elsevier) 2013)，将其通过引用并入本文。
[0024] 在弯曲表面（例如，钣金件）上的回弹补偿使用有限元迭代技术能够被用于最小 化：
[0025] a)成本
[0026] b)在铆接结构中的残余应力和变形。
[0027] -般而言，在钣金件中的回弹是：
[0028] a)与钣金件的厚度成反比，并且
[0029] b)与力和钣金件表面之间的角度成正比。
[0030] 存在明显的回弹的示例性钣金件是较窄的表面和双负曲率部件，例如，分别在图 10 (双负曲率）和图11 (较窄的表面一一前缘）中示出。在飞机中，这些部件通常具有空气 动力学和视觉外观的要求。
[0031] 使用可从Dassault(达索）系统和MicrosoftExcel电子表格软件中得到的CATIA V5 3D计算机辅助设计（CAD)软件，来执行示例性非限制性过程，但是使用图12的示例性计 算系统也能够执行其他实施例。
[0032] 图9是通过从用于示例性部件设计的CATIAV5CAD软件中获取的电子数据（例 如，图12的系统）所生成的通用的非限制性电子表格。例如，该非限制性电子表格包括插 值和有限元计算器14,该计算器14则能够包括存储到非临时性存储器18中的软件指令， 并且软件指令通过处理系统