蒙皮拉形机快速换模系统设计与研究

发布时间：2020-08-02 18:03

【摘要】：随着我国航空业的快速发展,对蒙皮拉形机和相关拉形技术的要求日益提高。近年来,我国在拉形技术和设备方面取得较大进步,但是经调研发现国内航空企业钣金车间的蒙皮拉形机换模技术普遍较落后。在换模过程中,主要依靠工人经验实现模具定位,定位准确性差,并且初拉后的热处理阶段拉形机闲置,使得蒙皮拉形生产效率低下。因此,开展蒙皮拉形机快速换模系统研究,成为了提升蒙皮拉形效率的主要发展方向。本文根据某航空企业钣金车间的调研情况,提出了蒙皮拉形机快速换模系统的六个设计目标和基于“双工位”的设计思路。首先,对比若干种方案的优缺点后,确定了一种基于横纵向移动工作台的蒙皮拉形机快速换模系统方案,该方案在满足换模效率提升的同时,更加安全可靠。然后,根据所提出的设计方案,进行详细的模块化设计。对移动工作台、轨道底板、覆盖板移动台、垫块、桥式天车和系统定位装置等进行结构设计,并使用Solidworks三维软件对各个模块及部件进行三维建模。利用ANSYS/Workbench有限元软件对最大拉形载荷下各承载件的强度和刚度进行了校核,结果表明所设计结构能满足工况强度和刚度要求。利用Abaqus有限元软件对移动工作台的横纵向车轮及其轨道进行仿真分析和校核,结果表明轮轨的最大接触应力低于其材料的屈服强度。利用ADAMS运动学仿真软件对移动工作台的横纵向运动进行了运动学仿真,结果表明移动工作台的运行较平稳,满足可行性和安全性要求。最后,对快速换模系统的控制部分进行方案设计,主要包括移动工作台行走机构和液压系统的控制,以及定位系统的控制。利用Matlab/Simulink软件对移动工作台行走机构和液压系统的控制进行仿真,其中行走机构移动工作台各电机的转速同步控制采用偏差耦合同步控制方式,液压系统各油缸的同步顶升控制则采用位移交叉耦合和位移主从协同控制方式。本文设计的定位系统具有记忆储存功能,能够准确录入和调取定位信息,以便系统下次使用。定位系统的控制主要包含桥式天车的驱动、移动工作台激光测距定位和模具的准确定位。该快速换模系统具有自动化程度高、操作简单和安全有效等优点,大大提高了蒙皮拉形机的使用率及拉形工作效率。
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V261.2
【图文】：

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西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1.1研究背景及意义蒙皮拉形机是航空航天领域中用于蒙皮类零件制造加工的一种大型设备，随着我国航空业的迅速发展，近年来逐步引进了一些国外先进的蒙皮拉形机。某航空企业钣金厂使用的FET-1200型蒙皮拉形机是一台大型横向拉形设备，主要负责各种飞机的机身、机翼和整流罩等部件的蒙皮拉形生产。通过对该设备的实际使用情况调研，发现该厂生产的飞机型号多、批量小，因此需要拉形的蒙皮种类繁多，在拉形生产过程中需频繁更换垫块和模具，降低了拉形生产效率。如图1-1所示，钣金厂现阶段的蒙皮拉形过程中，换模方式原始，需使用桥式天车完成模具和垫块的吊装，并完全依靠工人经验实现模具和垫块的更换与对齐调整。在加工准备阶段，预先使用卡车或叉车将模具从库房运送至拉形机旁指定区域。在模具吊装阶段，首先使用桥式天车将上一批工件加工所使用的模具和垫块移出工作区，然后再将垫块吊装至工作区，通过人工进行垫块的安装与对齐工作，最后将模具吊装到垫块上，该过程依旧由人工实现模具的安装与对齐。由于垫块和模具的吊装通过车间内的桥式天车进行，吊装时需要与桥式天车的工作相配合，当桥式天车被其他工作占用时，垫块和模具的吊装则需要等待，影响了换模进度。图1-1传统蒙皮拉形机换模方式蒙皮工件从板材到最终拉形完成一般分为初拉、淬火、终拉三个工序，如图1-2所示。工件的淬火时间通常为30到60分钟，淬火完成后，工件必须在淬火后1小时内完成终拉处理。由于更换模具所花费的时间较长，且模具与垫块的放置、调整和对齐完全依赖工人经验，所以在工件淬火期间若更换模具对其他类型工件拉形，则无法确保终拉时模具的位置与初拉时保持一致。因此，为避免中途换模引起的位置误差，

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西南交通大学硕士研究生学位论文第3页产生模具切线方向的拉伸力驱动板材与模具逐渐贴合成形[1]。上述两种拉形方式在工作需要时可同时进行。图1-4为第二种拉形工艺的拉形示意图。图1-3FET-1200蒙皮拉形机图1-4拉形示意图1.2.2拉形工艺分类拉形工艺主要有横向拉形、纵向拉形和加上压装置拉形三种类型[3]。如图1-3所示，其分类依据主要是根据蒙皮的形状和拉伸方向的不同。横向拉形即沿着成形件的宽度方向进行拉伸成形的拉形工艺，通常用来成形横向曲度较大、纵向尺寸孝挠度较小的双曲度零件[4]；纵向拉形则是沿着长度方向进行拉伸，通常用来成形纵向曲度和长度都较大的双曲度零件[1]；加上压装置拉形是指在拉形过程中添加能够产生局部成形力的上压装置，同时控制凹凸模间的相对位移，在夹钳下拉力、工作台顶升力和上压装置局部成形力的共同作用下使板材逐渐贴合模具的成形方法[3]，主要用于有局部凹槽的双曲度零件的成形。拉形过程主要包括以下几个阶段，进行拉形工作时，模具上方放置板材，并用夹钳将其夹紧，施加水平拉力使板材只产生平面拉应变，并使其至少产生屈服破坏，该过程称为预拉[5]。然后调整夹钳或模具的高度，使板材与模具开始接触，并发生弯曲变形[6]，随着模具与夹钳间的相对位移，模具与板材的接触变大直到完全贴合从而形成零件。

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