空间复杂薄壁件多道次数控拉伸成形工艺仿真优化基础研究

空间复杂薄壁件包括双曲度蒙皮零件和复杂截面型材零件，它们分别是构成飞机气动外形和骨架的关键重要件，主要采用拉伸成形工艺制造。目前主要依赖经验和试错来制定工艺参数和设计模具，导致零件生产周期长、成本高、成形质量差。这种现状直接影响了飞机气动性能和使用寿命的提高，同时制约了新机的快速研制和批生产。因此迫切需要引入科学的工艺设计方法。本项目旨在研究薄壁件数控拉伸成形工艺仿真优化涉及的基础理论、方法和技术，将突破考虑时效时间变量的铝合金本构模型理论和多道次优化划分准则理论，建立滑移线、粗晶、桔皮等铝合金表面缺陷仿真定量判据，实现考虑具体机床机构运动约束的拉伸成形轨迹优化设计流程，并在此基础上，提出一种基于仿真优化的空间复杂薄壁件多道次数控拉伸成形工艺设计方法。该方法的应用将推进空间复杂薄壁件制造的数字化、精确化，实现＂经验型＂到＂科学型＂制造模式转变，提高我国新型战机、大型客机的快速研制和批产能力

飞机铝合金薄壁件主要包括双曲度蒙皮零件和变曲率型材零件，它们分别是构成飞机气动外形和飞机骨架的关键零件，主要采用拉伸成形工艺（型材拉伸成形又称型材拉弯）制造。目前该工艺主要依靠经验和试错法来进行设计，导致零件生产周期长、成本高、质量不稳定。而在汽车冲压成形工艺设计领域，由于工程师能够借助工艺仿真技术精确模拟和分析复杂成形过程，使得上述问题得到了很好的解决。.但将工艺仿真技术应用于飞机铝合金薄壁件拉伸成形工艺设计，存在本构模型选择和校准、成形缺陷判据建立、位移加载轨迹设计、成形多道次划分等难点。本项目对这些难点进行了研究。.首先描述了基于Hill二次和Barlat三参数各向异性屈服准则的本构模型，并采用这两种模型对铝型材拉弯成形进行了数值模拟。与试验对比表明基于Barlat三参数的本构模型预测较准确，为工艺仿真提供了本构模型选择依据。试验研究了2B06铝合金板在O态（退火态）和W态（新淬火态）的成形性能，结果显示强度各向异性和塑性流动各向异性受热处理状态影响较小。基于该结论建立了飞机常用铝合金板在O态及W态不同自然时效时间的本构模型，为工艺仿真提供了材料参数。.根据薄壁件拉伸成形变形特点，通过试验建立了飞机常用铝合金板和挤压型材的简易成形极限图。通过试验研究了预变形对铝合金板热处理后成形极限、晶粒度和表面形貌的影响。针对具体铝合金板，测得了热处理影响系数、粗晶和桔皮临界应变值，为工艺仿真提供了缺陷仿真判据。.针对二维张臂式拉弯成形过程，提出了一种夹钳力矩边界条件等效模型，简化了数值模拟建模过程。经过试验验证，该模型简单可靠。在此基础上提出了一种基于力控制模拟的拉弯位移加载轨迹设计方法。针对复杂空间三维型材拉弯成形，根据切线接触条件，推导了给定变形模式下拉弯轨迹的计算公式，实现了型材拉弯的三维数值模拟，进而提出了一种基于离散包覆和变形控制有限元模拟的拉弯位移加载轨迹设计方法。.在了解VTL1000数控蒙皮综合拉形机各机构结构、运动行程、精度、速度和运动模式的基础上，根据其二维装配图纸，机床操作说明书及实地测绘建立了该机床的机构运动仿真模型。基于该运动仿真模型提出了蒙皮包覆拉形位移加载轨迹设计方法。.将俄罗斯学者提出的拉伸成形多道次划分理论与有限元数值模拟相结合，建立了基于有限元模拟的拉伸成形多道次划分方法。