成形模具设计在整个飞机钣金制造体系中起着承上启下的重要作用,快速化、专业化以及精确化是其发展趋势。本文提出的基于知识的设计方案检索、设计流程导航、设计信息快速提取、结构参数化驱动设计等多种方法相结合的解决方案提供了一种实现橡皮囊液压成形模具快速设计和降低设计经验要求的有效途径。
橡皮囊液压成形是飞机钣金零件主要成形工艺方法之一,具有效率高、成形后零件表面质量好、成形过程噪音低等优点。在国外的现代化飞机制造厂,通过橡皮囊液压成形的零件已达飞机钣金零件总数的50%以上,国内也占到35%~40%,且有进一步增多的趋势。
橡皮囊液压成形模具通常又被称为模胎、型胎、压型模等,用于橡皮囊产生的高压下弯边、下陷、弯边减轻孔、加强窝、加强槽等钣金零件结构要素成形并获取零件最终外形。
由于飞机钣金零件一般为单件小批量生产,因此需要的成形模具数量很大,以L15飞机为例,共有橡皮囊液压成形模619项,占其钣金制造工装的51.4%。目前,三维CAD和以产品数模为基础的数字量协调模式正逐渐成为橡皮囊液压成形模具设计的主流但是由于飞机钣金零件形状复杂多变等特点的制约,橡皮囊液压成形模具设计仍存在对设计经验高度依赖、设计周期较长的缺点。专业化程度和设计效率的提高一直是各类模具设计研究关注的热点,文献[1]采用基于特征的参数化设计方法利用SolidWoks平台开发了一种铸造模CAD系统,实现了铸造模具设计过程的自动化;文献[2]根据拉深模设计的相关经验和规则总结出设计流程与知识,在CATIA上开发出设计流程和知识驱动的拉深模快速设计系统,帮助实现了拉深件成形模具的快速响应设计。
本文针对如何实现橡皮囊液压成形模具快速设计这一问题,在分析该类模具结构特征的基础上,面向整个模具设计过程,将影响其设计效率的不同问题进行具体分析,提出基于知识的设计方案检索、设计流程导航、设计信息快速提取、结构参数化驱动设计等多种方法相结合的解决方案,并依据该解决方案,利用UG二次开发技术开发了橡皮囊液压成形模具CAD系统,最后结合实例对系统的相关功能作了介绍。
橡皮囊液压成形模具结构特征及设计难点
作为目前主要应用于飞机钣金零件生产加工的工艺装备,橡皮囊液压成形模具结构特征与一般冲压模具相比有很大的不同:
(1)橡皮囊液压成形模具的外形主要取决于零件型面形状,与飞机气动外形紧密相关,高度比零件弯边高10~15mm左右[3]。
(2)由于液压成形过程中橡皮充当了凹模(或凸模),所以橡皮囊液压成形模结构比传统的刚性凹凸模具简单,一般只需半模,并且不需要模架。
(3)模具标准件少,模体可分为工作部分和非工作部分,工作部分难以参数化描述,不同零件所对应的模具形状差异较大。