一種復(fù)合材料成形模具的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料成形模具的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般由基體和增強(qiáng)材料經(jīng)熱壓工藝制造而成，具有比強(qiáng)度高、比剛 度大、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗疲勞損傷性能和耐腐蝕性良好、尺寸穩(wěn)定性好、隱身性好、便于大面積 整體成型、有效提高商用載荷等諸多優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用復(fù)合材料FiberSIM軟件，采用獨(dú)特的復(fù)合材 料構(gòu)件制造模擬技術(shù)，對(duì)構(gòu)件件進(jìn)行準(zhǔn)確的工藝評(píng)估，獲得合理設(shè)計(jì)結(jié)果和確保高質(zhì)量的 產(chǎn)品的新技術(shù)。通過(guò)軟件模擬功能實(shí)現(xiàn)面向制造技術(shù)的設(shè)計(jì)，模擬平面鋪層在三維零件上 的鋪覆工藝可行性，在三維零件某一區(qū)域上實(shí)現(xiàn)所要求的纖維鋪放角的工藝可行性等，并 通過(guò)對(duì)各軟件系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的二次開(kāi)發(fā)和接口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件在并行工作 模式下的設(shè)計(jì)、工藝、制造、檢測(cè)、裝配全過(guò)程的集成，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料構(gòu)件設(shè)計(jì)、制造及工藝 一體化的技術(shù)。數(shù)字化技術(shù)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)就是用現(xiàn)代的、 高科技的手段和技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，旨在建立一套基于計(jì)算機(jī)的，支持產(chǎn)品 開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)全過(guò)程的并行化、智能化、集成化、虛擬化、綠色化、全球化、人性化、安全化、敏 捷化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法與系統(tǒng)，有效地組織多學(xué)科的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)隊(duì)伍，充分利用各種計(jì)算機(jī)輔 助工具，并有效地考慮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)的全過(guò)程。
[0003] 復(fù)合材料構(gòu)件模具體設(shè)計(jì)的主要工作是對(duì)成型曲面的偏置，成型曲面是大量的曲 面片拼接而成的，其特征非常復(fù)雜，在對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件模具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)成型曲面進(jìn)行 偏置時(shí)，存在局部因曲率過(guò)大而無(wú)法整體偏置的問(wèn)題，使得設(shè)計(jì)人員不得不將原始曲面進(jìn) 行拆分，而分別對(duì)曲面片進(jìn)行單獨(dú)偏置，然后將所得的偏置曲面按要求進(jìn)行拼接。這樣不僅 改變了原始的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)結(jié)果有較大的偏差，往往需要設(shè)計(jì)員進(jìn)行無(wú)數(shù)次的反復(fù) 嘗試，才能得到合理的解，而且對(duì)曲面的處理，本身就是很復(fù)雜的過(guò)程，依靠人工的手段，質(zhì) 量得不到保證，而且降低了設(shè)計(jì)效率。本文在滿足誤差的前提下，提出了基于誤差約束的復(fù) 雜曲面整體偏置方法。型架板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者對(duì)每一個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)都從草圖進(jìn) 行，設(shè)計(jì)步驟煩瑣，設(shè)計(jì)效率低下，依賴(lài)設(shè)計(jì)人員所掌握的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，不同背景的設(shè)計(jì)人 員所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品模型差異很大，不能滿足產(chǎn)品規(guī)范性的要求。通過(guò)對(duì)大量復(fù)合材料構(gòu)件模 具的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其型架板結(jié)構(gòu)大同小異，本文利用參數(shù)化設(shè)計(jì)手段對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，建立其 參數(shù)化設(shè)計(jì)模型，設(shè)計(jì)者只需對(duì)給定的幾組參數(shù)進(jìn)行賦值，便可以生成滿足條件的型架板 結(jié)構(gòu)，減少設(shè)計(jì)者的大量而煩瑣的重復(fù)繪圖工作，提高設(shè)計(jì)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種復(fù)合材料成形模具的設(shè)計(jì)制造方法
[0005] 為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種復(fù)合材料成形模具的改進(jìn)方法，主要包括3個(gè)步驟:型曲面的可加工性檢測(cè)、 成型模具體設(shè)計(jì)及成形模具支架設(shè)計(jì)、基于Fibers頂，CAA二次開(kāi)發(fā)的模具設(shè)計(jì)系統(tǒng)方法。 成型曲面可加工性評(píng)價(jià)檢測(cè)主要是在設(shè)計(jì)初期.對(duì)復(fù)合材料構(gòu)件成型曲面按照曲面本身的 設(shè)計(jì)質(zhì)量以及企業(yè)現(xiàn)有的資源條件進(jìn)行檢查，在設(shè)計(jì)階段判斷出不符合設(shè)計(jì)質(zhì)量的曲面， 以免影響后續(xù)的加工制造，出現(xiàn)加工迭代情況。模具體的設(shè)計(jì)模塊主要是在設(shè)計(jì)模具體階 段，考慮到成型曲面在設(shè)計(jì)過(guò)程中不易偏置，而且模具體與支架結(jié)構(gòu)制造方式的不同.防止 因制造誤差而引起的模具體與模具支架不能裝配的情況，保證設(shè)計(jì)的模具體與支架的成 功裝配，減少模具體的變形，提高精度。支架的參數(shù)化設(shè)計(jì)模塊主要在設(shè)計(jì)支架時(shí)，利用參 數(shù)化設(shè)計(jì)思想，減少設(shè)計(jì)者的大量而煩瑣的重復(fù)繪圖工作，提高設(shè)計(jì)效率。根據(jù)企業(yè)的實(shí)際 需求，本成形模具的改進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)方法基于Fibers頂，CAA軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
[0007] 1成型曲面的檢測(cè)方法
[0008] 復(fù)合材料構(gòu)件是通過(guò)大量的曲面片拼接而成的，表面質(zhì)量差，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，以數(shù) 控加工方式加工的產(chǎn)品時(shí)，必須要對(duì)成型面進(jìn)行可加工性檢測(cè)，判斷成型面在企業(yè)現(xiàn)有的 加工資源條件下能否高效加工出合格的產(chǎn)品。本發(fā)明考慮影響成型面可制造性的因素包 括:加工難度、加工設(shè)備、刀具、裝夾方式等，并將這些因素映射為成型面的幾何特征屬性， 使設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中能根據(jù)幾何特征合理判斷其可加工性。檢測(cè)方法分三步進(jìn)行:成型 曲面幾何特征屬性的提取、成型曲面特征屬性的可加工性的評(píng)價(jià)和成型曲面可加工性多屬 性的總體評(píng)價(jià)。1、成型曲面幾何特征屬性的提取:影響模具可加工性的屬性可分為產(chǎn)品屬 性層、過(guò)渡屬性層和用戶屬性層。產(chǎn)品屬性層指影響其可加工性的總體屬性，用A表示。過(guò)渡 屬性層指由產(chǎn)品屬性向用戶屬性過(guò)渡的中間屬性集合，其可分為成型曲面的幾何形狀屬性 G，現(xiàn)有的制造資源屬性S以及模具幾何屬性P。根據(jù)成型曲面特征對(duì)加工工藝性的影響的不 同，將成型曲面的幾何形狀屬性可進(jìn)一步分為局部特征屬性Q(如曲面上某點(diǎn)的曲率、曲面 的凹凸性等），和整體特征屬性Z(如曲面是否為單值曲面等）。制造資源屬性可進(jìn)一步分為 加工設(shè)備屬性E，刀具屬性C，裝夾屬性F等。模具的幾何屬性主要是指模具幾何特征對(duì)成型 曲面的加工工藝性產(chǎn)生影響的屬性，如在數(shù)控加工，是否以模具上的某特征作為加工成型 曲面的定位基準(zhǔn)，將會(huì)影響成型曲面的加工工藝性?？紤]在設(shè)計(jì)模具時(shí)，將加工成型曲面的 裝夾定位的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)為模具的局部特征，即將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)定義為同一基準(zhǔn)，簡(jiǎn)化 模具的設(shè)計(jì)步驟和裝夾的工藝，稱(chēng)為模具的基準(zhǔn)屬性B。它們之間的層次映射關(guān)系為A={G， S，P} = {Q，Z，E，C，F(xiàn)，B}，用戶最終只需關(guān)注用戶屬性層的屬性，簡(jiǎn)化后續(xù)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。2、 成型曲面特征屬性的可加工性的評(píng)價(jià):根據(jù)對(duì)成型曲面特征屬性的提取，針對(duì)用戶屬性層 各屬性的幾何特征，將影響成型曲面可加工性的曲面幾何特征與模具的幾何特征數(shù)值屬性 評(píng)價(jià)分為成型曲面的曲率評(píng)價(jià)、成型曲面閉角的評(píng)價(jià)、成型曲面單值性的評(píng)價(jià)、以及成型曲 面水平度評(píng)價(jià)。復(fù)雜曲面曲率的評(píng)價(jià)是對(duì)屬性Q和屬性C的評(píng)價(jià)，將其屬性映射為判斷曲面 上點(diǎn)的曲率是否滿足加工要求。復(fù)雜曲面單值性的評(píng)價(jià)是對(duì)屬性Z和對(duì)屬性E的評(píng)價(jià)，將其 屬性映射為判斷加工曲面是否為單值的。對(duì)于屬性F和屬性B的評(píng)價(jià)，將其映射為計(jì)算曲面 的水平度，稱(chēng)對(duì)曲面水平度的評(píng)價(jià)。對(duì)屬性E的評(píng)價(jià)，將其映射為復(fù)雜曲面零件是否存在閉 角，稱(chēng)對(duì)復(fù)雜曲面的閉角評(píng)價(jià)。3、成型曲面可加工性多屬性的總體評(píng)價(jià):產(chǎn)品的總體要求是 由一系列對(duì)單一屬性的要求所組成的，這些要求既具有獨(dú)立性又相互關(guān)聯(lián)，共同影響成型 曲面可加工性。在解決工程問(wèn)題中，當(dāng)某一屬性絕對(duì)不滿足產(chǎn)品要求時(shí)，無(wú)論方案的其他屬 性如何，此方案都絕對(duì)不滿足產(chǎn)品要求，既要同時(shí)考慮各屬性的重要性，但決策的制定應(yīng)結(jié) 合工程系統(tǒng)論的體系化分解處理思想，建立成型曲面可加工性多屬性總體評(píng)價(jià)值。
[0009] 2、復(fù)合材料構(gòu)件模具體和模具支架的設(shè)計(jì)
[0010] (1)模具體的設(shè)計(jì)
[0011] 在以上對(duì)成型曲面的可加工性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，在設(shè)計(jì)復(fù)合材料構(gòu)件模具體過(guò)程 中，需要考慮到模具體的加工過(guò)程中的實(shí)際情況，即：過(guò)渡模具體是通過(guò)數(shù)控加工的，成型 模具體是通過(guò)過(guò)渡模進(jìn)行鋪貼成型