[發明專利]計算機輔助大型構件精確熱成形的模具型面設計方法

有效

• 申請號: 201910089528.3
• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109702931B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（設計）人: 湛利華;賀佳陽;常騰飛;吳昕桐;劉桂銘;胡健
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B29C33/38
• 分類號: B29C33/38;C22F1/04;G06F30/23
• 代理公司: 43234 長沙歐諾專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 歐穎;張文君

本發明提供了一種計算機輔助大型構件精確熱成形的模具型面設計方法，包括以構件目標型面作為初始型面，根據初始型面建立三維模型，再對擁有初始型面的模具進行從構件熱成形溫度降溫至室溫的降溫模擬，得到降溫模具型面，再以降溫模具型面作為后續的成形回彈補償迭代計算的初始值，本發明基于數學最優化基本思想，在構件成形回彈補償的迭代過程之前確定一個離最優解更接近的初始值，然后再將初始值進行迭代，從而達到減少迭代次數的目的。相比于直接以構件目標型面作為迭代計算初始值的方式，本發明可減少約50％的迭代次數，大大的提高了求解效率，節約了模具設計人員的寶貴時間，尤其是對于大型構件，這一優勢更加明顯。

技術領域

本發明涉及金屬板料及復合材料熱成形制造技術領域，尤其涉及一種計算機輔助大型構件精確熱成形的模具型面設計方法。

背景技術

參見圖1及圖2，金屬構件及復合材料構件的熱成形過程均需要相應的成形模具型面給其賦予外形形狀，成形模具型面的尺寸精度是構件形狀尺寸精度的重要保障。現有的模具型面設計大多通過計算機輔助設計完成，目前的設計方法大多是直接將室溫下的構件的目標型面作為成形模具的型面，而忽略了在構件熱成形溫度下成形模具型面的熱膨脹變形對構件尺寸精度的影響。構件在熱成形時的型面是靠在該熱成形溫度下熱變形后的模具型面保證的，隨著構件尺寸的增大，模具型面在熱成形溫度下的型面相比于室溫時發生的熱變形也較大，尤其是對于飛機蒙皮、飛機機翼這種大型構件，其長度可達十幾米，相應的模具在熱壓成形溫度與常溫之間的形變量是可觀的，其對構件尺寸精度的影響不可忽略，因此，現有技術中需要一種考慮模具熱變形的模具型面設計方法來解決這個問題。

中國專利201810739174.8所公開的一種用于熱成形的回彈補償方法，其過程包括三步，分別為：

步驟S100：建立有限元仿真模型，進行構件蠕變時效成形后，得到蠕變構件；

步驟S200：令每次迭代補償回彈后的構件外型面為Pi(i＝0，1，2，3......，0表示首次仿真得到的回彈型面)，刪除當前仿真使用的模具型面Mi(i＝0，1，2，3......，0表示首次仿真時輸入的模具型面，即構件的目標型面)，計算所述蠕變構件回彈后的回彈外型面Pi上各節點到目標型面Pgoal上各節點的垂直距離ΔZij，ΔZij表示第i次迭代后構件回彈型面上節點j到目標型面Pgoal的垂直距離，取各節點中所述垂直距離ΔZij的垂直距離最大值max(ΔZ)，判斷是否所述垂直距離最大值max(ΔZ)≤工程誤差，如果所述判斷結果為是，則將所述構件回彈外型面Pi對應的當前模具型面Mi作為回彈補償模具型面并進行步驟S300，如果所述判斷結果為否則構建第i+1次仿真用的模具型面，并重復所述步驟 S100～200，直至所述判斷為是；

步驟S300：根據所述回彈補償模具型面建立構件蠕變時效成形模具，對所述構件蠕變時效成形模具進行模具降溫有限元仿真，得到回彈熱膨脹模具型面，所述模具降溫有限元仿真中設置初始溫度為所述構件蠕變時效成形步驟中構件的成型溫度并輸入所述構件在所述蠕變時效成形步驟中的降溫曲線。

但是，專利201810739174.8所公開的方法的不足在于：一個是步驟S100與步驟S200 的重復迭代次數多，另一個是經過步驟S300后，后續的實體模具進行修模時的修模量會較大，增加工作量。具體地，對于上述第一個不足來說，如專利201810739174.8實施例中所述，對于整體尺寸為435.0mm長×293.7mm寬×17mm高的鋁合金構件，其需要經過3 次迭代才能得到符合誤差要求的模具型面。由于迭代計算工作量大，比較耗時，且對于飛機蒙皮、飛機機翼這種長度尺寸至少在10米以上的大型構件，計算機每迭代計算一次至少需要等待一天時間甚至更長時間，這就會耗費模具設計人員大量寶貴時間，考慮構件回彈的迭代計算，一般迭代次數在4～6次以上，嚴重影響工作效率。

因此，現有技術中仍然需要一種實體修模量小、且可減少迭代計算量的大型構件精確熱成形的模具型面設計方法，以減少模具設計人員的等待時間，提高工作效率。

發明內容