题目：飞机蒙皮多点成形柔性垫层技术研究

拉伸成形，简称拉形，是双曲飞机蒙皮零件成形的重要成形方式之一。传统拉形工艺需要制造大量的实体拉形模具，使得蒙皮零件的制造工时和成本都居高不下，并且，由于实体模具很难甚至根本无法实现回弹补偿，造成了零件的贴模精度较差的问题。基于多点成形原理的柔性拉形模具在蒙皮拉形工艺中的应用，有望改变传统实体拉形模具的弊端，实现拉形模具的快速重构、一模多用以及模具的可变补偿。但是，多点模具的成形模面并不连续，蒙皮零件在这种特殊的模具条件下，其表面会产生种种缺陷，为了抑制缺陷的产生、保证良好的零件表面质量，必须在零件和模具之间使用隔离垫层，而垫层的设计和使用则成为影响零件表面质量和型面精度的关键因素。本文根据国内航空工业发展数字化制造技术的需求，在国家自然科学基金和国防基础科研项目的支持下，对多点成形条件下的蒙皮拉形工艺进行了深入研究，探讨多点模蒙皮拉形数值模拟关键问题，分析多点模蒙皮拉形时零件的型面质量控制方法，提出了以橡胶为基体以金属薄板为增强结构的复合形式柔性垫层设计方法，对未来在实际生产中多点成形技术的成熟应用具有重要的指导作用和参考价值。 本文对多点模蒙皮拉形过程有限元数值模拟所涉及的若干关键问题进行了系统深入的研究。比较了不同模具型面描述方式造成的计算结果差异，确定合理的多点模具建模方法；使用Mooney-Rivlin模型对垫层的橡胶材料进行建模和分析；研究了不同拉形设备的钳口建模方法；使用PAM-STAMP 2G作为分析工具，建立了包含垫层的使用多点拉形模具的蒙皮拉形数值模拟分析模型，并对该模型计算结果的可信度进行了评估。 分析了多点模具条件下使用拉形成形工艺时，零件的表面质量缺陷问题。对零件的表面质量缺陷进行了分类，并分析了各种缺陷的产生原因，确定了“钉间条形凹陷”为多点模具条件下拉形工艺中，零件表面主要的缺陷表现形式。分析了载荷和位移边界条件、模具可调单元尺寸、零件毛料厚度、简单橡胶垫层的厚度和硬度等参数对零件表面缺陷的影响规律，研究了垫层对零件边缘和有效变形区域的影响。针对常规橡胶垫层的缺点，提出了垫层改进的基本思路和原则，并设计了若干具有不同结构特点的复合柔性垫层。 提出了复合结构垫层的简化建模方法，并对简化建模方法进行了校核验证。基于简化建模方法，进行了不同复合垫层结构形式的选型，建立了评判柔性垫层性能优劣的三个衡量指标：垫层抑制零件表面质量缺陷的能力、垫层的可重复使用性，以及垫层的型面数据传递能力。通过初步的综合比较和筛选，确定了最具研究与应用前景的垫层结构形式。在结构选型的基础上，设计了多参数的正交试验，以数值模拟方法，系统研究了复合垫层的材料和各种结构参数对垫层变形控制的影响规律和程度，提出了优化的垫层设计和使用原则。优化结果显示，复合结构的设计，可使垫层变形均匀度获得大幅度改善，而垫层变形的均匀则大大提高了零件的成形精度，其一次成形的贴模度即可控制在0.5mm以内。 最后，为了验证数值模拟的分析结果，以橡胶为基体材料，分别以离散薄钢板条、金属丝网以及尼龙帘布为增强材料，制造了三种Ⅲ型复合柔性垫层，并在多点可调模具上进行了使用复合垫层的蒙皮拉形实验，利用非接触测量技术在线测量了零件成形型面的型值数据。对实验数据的分析表明：实验结果与数值模拟结果吻合，复合垫层可完美的抑制零件表面缺陷的产生，并且在垫层的变形均匀度方面大大优于传统的单纯橡胶垫层。