面向柔性大面积空间扭转曲面产品模具设计.pdf
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1、 设计计算 新技术新工艺 设计与计算4 1 面向柔性大面积空间扭转曲面产品模具设计崔阳文,吴道勋,黄安畏,唐晶晶,刘 鹏,韦 禹,蒋儒轶(西南技术工程研究所,重庆 4 0 0 0 3 9)摘 要:为解决柔性大面积空间扭转曲面产品的成形、法向定位孔加工和振动工装设计问题,利用制造模具和振动工装共同点,通过结构创新设计,有效地解决了靠模、钻模和振动工装一体化设计的问题。同时通过分型设计,独立加工,克服了大面积曲面法向孔无法利用三轴机床精确加工的难点。经检测和试验验证,模具结构设计合理,定位孔位置度满足要求,产品成形完整,可在降本增效的同时为类似产品开模提供设计思路。关键词:柔性产品;空间曲面;模具
2、设计与加工;振动工装;降本增效中图分类号:T G 3 8 6.4 文献标志码:AM o l d D e s i g n f o r F l e x i b l e L a r g e-a r e a S p a c e T o r s i o n S u r f a c e P r o d u c t sC U I Y a n g w e n,WU D a o x u n,HUANG A n w e i,T ANG J i n g j i n g,L I U P e n g,WE I Y u,J I AN G R u y i(S o u t h w e s t T e c h n o l o
3、g y a n d E n g i n e e r i n g R e s e a r c h I n s t i t u t e,C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 9,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o s o l v e t h e p r o b l e m s o f f o r m i n g,n o r m a l p o s i t i o n i n g h o l e p r o c e s s i n g a n d v i b r a t i o n t o o l i n g d e s i g
4、n f o r f l e x i b l e l a r g e-a r e a s p a t i a l t o r s i o n s u r f a c e p r o d u c t s,b y u s i n g t h e c o mm o n p o i n t o f m a n u f a c t u r i n g m o l d a n d v i b r a t i o n t o o l i n g,w e e f f e c t i v e l y s o l v e d t h e p r o b l e m o f i n t e g r a t e d d
5、 e s i g n o f l e a n i n g m o l d,d r i l l i n g m o l d a n d v i b r a t i o n t o o l i n g t h r o u g h s t r u c t u r a l i n n o v a t i o n d e s i g n.A t t h e s a m e t i m e,w e o v e r c a m e t h e d i f f i c u l t y t h a t l a r g e-a r e a c u r v e d n o r m a l h o l e s c o
6、 u l d n o t b e a c c u r a t e l y p r o c e s s e d b y t h r e e-a x i s m a c h i n e t o o l s t h r o u g h s u b-t y p e d e s i g n a n d i n d e p e n d e n t p r o c e s s i n g.A f t e r i n s p e c t i o n a n d t e s t v e r i f i-c a t i o n,t h e m o l d s t r u c t u r e d e s i g n
7、 w a s r e a s o n a b l e,t h e p o s i t i o n i n g h o l e p o s i t i o n d e g r e e m e t t h e r e q u i r e m e n t s,a n d t h e p r o d-u c t f o r m i n g w a s c o m p l e t e,w h i c h p r o v i d e d d e s i g n i d e a s f o r s i m i l a r p r o d u c t s t o b e m o l d e d w h i l
8、 e r e d u c i n g c o s t a n d i n c r e a s i n g e f f i c i e n c y.K e y w o r d s:f l e x i b l e p r o d u c t s,s p a t i a l s u r f a c e s,m o l d d e s i g n a n d p r o c e s s i n g,v i b r a t i o n t o o l i n g,c o s t r e d u c t i o n a n d e f f i-c i e n c y i m p r o v e m e n
9、 t 随着新材料和新技术的高速发展,复合材料制品种类及其制造工艺不断创新1。大面积柔性复合材料被广泛应用于飞机蒙皮、异形曲面衬层和深海探测装备的关键部位,有力支撑了国家重大工程装备和重点武器的发展,在军用和民用装备中发挥着重要的作用2-3。各式装备在设计时考虑因素较多,例如新型航空飞行器的蒙皮、防护罩等零部件在设计时不仅需要考虑气动特性等影响,还要考虑机身零部件为应对振动和外力所需的强度。为了满足现今苛刻的气动要求,此类零部件外形常设计为空间扭转曲面;为了保证复合材料制品装配强度,零部件安装接口通常较多,精度要求高,而且需要在制作后进行抗振动强度校核试验4。所以,如何保障柔性大面积空间扭转曲面
10、产品的制造成形和安装接口准确加工成为影响产品质量的关键因素。在制造类似产品 时,常 利 用 成 形 和 钻 孔 模 具 来 保 证 产 品 精度5-6,但大面积曲面产品成形与钻孔模具的制造面临着曲面法向孔三轴机床难以准确加工的问题,若采用五轴机床加工,又面临着大型五轴机床数量少、排期长和费用高的困难7。若零部件要求进行振动试验考核时,研发人员还需同时考虑振动工装的设计与加工,这将进一步延长加工周期,增加开模费用。本文基于某柔性大面积空间扭转曲面产品的研发,针对目前一体化成型制造和振动试验工装模具开模费用昂贵、定位孔加工困难和制造周期长的问题,应用C AT I A等三维设计软件设计了一种大面积空
11、间扭转曲面的模具。通过布置转换件,该模具可兼顾振动工装,大幅度减少开模时间和费用,降本增效的同时为柔性大面积扭转曲面产品开模提供模具设计思路。1 工艺分析1.1 产品外形与接口要求产品曲面如图1所示,外形最大尺寸为1 3 0 9 mm7 1 0 mm5 0 5 mm,产品厚度为1 0 mm,整体外形是空间扭转曲面,安装孔直径为7 mm,产品为柔性体,制造时需要运用模具保证产品的成形和安装孔位的定位,产品安装孔法线均需要垂直于曲面,位置度要求0.2 mm。新技术新工艺 2 0 2 3年 第7期 4 2 新技术新工艺 设计与计算a)曲面轴侧图1b)曲面轴测图2图1 产品曲面1.2 工艺难点依据产品
12、外形和接口基本要求,该柔性产品加工工艺难点有5个方面:1)产品是大面积空间扭转曲面,凹凸模具如何保证其准确成形;2)产品安装孔法线要求垂直于曲面,该曲面为扭转曲面,安装孔如何准确定位与加工;3)考虑其作为振动工装时,如何设计产品的安装转接,从而使模具从钻模转换为振动工装;4)高强度振动环境下模具与转接板、振动台的高强度连接;5)作为钻模时,定位孔的耐磨度要求较高。2 大面积扭转曲面模具设计与加工2.1 设计原则因产品批量生产时,要求厚度均匀,产品之间互换性好,所以对模具的外形曲面和定位接口有较高的要求;其次,模具作为振动工装时,要求零部件本身和相互连接后均具有较好的强度。因此,模具在设计时应遵
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