銅包鋁雙金屬復合材料構件工裝的數字化設計

馬瑛劍

（中航通飛華南飛機工業有限公司，廣東 珠海 519040）

傳統構件工裝是根據設計人員的工作經驗進行標準工裝選擇，但結果往往不太盡人意，常常出現裝配工裝安裝精度低、維護性低等情況，因此提出銅包鋁雙金屬復合材料構件工裝的數字化設計。

1 搭建銅包鋁雙金屬復合材料構件數字化模型

（1）搭建銅包鋁雙金屬復合材料構件數字化平臺。銅包鋁雙金屬復合材料構件分析平臺是金屬復合材料構件分析模型的重要載體，該平臺主要由構件接入端、構件識別端、數據輸出端三個部分組成。構件接入端的作用是接入銅包鋁雙金屬復合材料構件，連接設計人員平臺和構件識別端口，將識別的構件形狀數據、參數向量進行載入，為數據輸出端運行儲存數據。數據輸出端包括三臺服務器，即數據分析服務器、參數計算服務器、構件分析服務器。其中參數計算服務器接入的數據，用于計算各個工序所需的工裝參數，其數據的運算規則采用數字化算法進行計算。構件分析服務器對參數計算服務器輸出的結果進行模擬，模擬各個工序所需工裝特性，最后通過輸出端數據顯示，完成銅包鋁雙金屬復合材料構件分析[1]。搭建的銅包鋁雙金屬復合材料構件分析平臺示意圖，如圖1所示。

圖1 銅包鋁雙金屬復合材料構件分析平臺框架圖

（2）引入銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝。銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝，即構件在生產加工中的各個工序加工流程，通過生產工藝確保構件在并行工作模式下，完成整體的制造，檢測，裝配等生產全過程[2]。銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝，一般包括軋制、鍛造、板材沖壓，擠壓以及拉拔等四個工藝流程。通過將各個工藝分別引入搭建的構件分析平臺中，實現構件分析模型。

首先錄入軋制力函數，函數公式如下所示：

該方程為無摩擦情況下，軋制力的函數變化情況，其中Yavg為復合材料構件受軋制時，產生的平均真應力，L為構件的長度，W為構件的重量，通過計算，獲取構件在進行軋制工藝時，所需的軋制力。然后引入多種鍛造工藝，錄入后，平臺會根據構件的實際情況，自動選擇適用的鍛造工藝，經過鍛造后的構件，其強度和韌性更高。接下來引入板材沖壓工藝，經過沖壓后，使得構件具有重量輕、形狀多變等優點，提高了構件的實用性。最后引入擠壓以及拉拔工藝流程，通過在平臺中引入銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝，實現雙金屬復合材料構件分析模型的搭建。

2 實現數字化雙金屬復合材料構件工裝的設計

首先通過獲得銅包鋁雙金屬復合材料的原始構件數據，準確定位數據來源，即數據代表銅包鋁雙金屬復合材料構件的相關形狀信息，來反映銅包鋁雙金屬復合材料構件的物理幾何屬性，為數字化設計工裝提供基礎參數。同時結合銅包鋁雙金屬復合材料中間數據，根據銅包鋁雙金屬復合材料構件加工要求，利用數字化技術，自動生成工裝初步三維圖。工裝初步三維圖中包括，剖面結構、三維結構等。最后依托生成的工裝三維圖，獲取銅包鋁雙金屬復合材料工裝各項數據，結合構件的最終分析數據，對工裝進行稍加修改，完成工裝數字化設計。通過搭建銅包鋁雙金屬復合材料構件分析平臺，引入銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝，結合數字化設計技術，完成銅包鋁雙金屬復合材料構件工裝的數字化設計。

3 試驗分析

為了驗證本文提出的銅包鋁雙金屬復合材料構件工裝的數字化設計的有效性，進行試驗分析。由于現實進行工裝設計會造成大量材料浪費，因此采用仿真實驗的方式，進行有效性驗證。

3.1 數據準備

為了確保試驗結果的準確度，采用硬件完全相同的2臺設備，作為試驗工具。同時搭載science仿真軟件，模擬10個不同規格的銅包鋁雙金屬復合材料構件的加工流程。其中一臺設備將模擬的構件，利用標準工裝進行仿真加工，另一臺設備模擬的構件，利用本文數字化設計的工裝進行仿真加工，將加工完成的模擬構件進行對比。10個模擬構件完成加工后，進行幾何誤差檢測，設置檢測工序以及工序加工尺寸偏差如表1所示。

表1 試驗參數

3.2 試驗分析

試驗后，將基于兩種工裝輔助加工下，構件加工幾何誤差結果進行匯總，匯總數據為10個構件各個工序加工誤差的平均值，匯總結果如表2所示。

表2 試驗結果

由表2可知，應用標準工裝輔助構件加工，會導致部分加工工序產生的幾何誤差大于構件加工尺寸要求，影響構件的加工質量。本文設計的工裝，能夠有效降低構件加工誤差，提高構件加工質量，同時減少了不必要的標準工裝浪費，具有切實的可行性。

4 總結

本文提出了雙金屬復合交通軌道的幾何誤差測試系統，通過搭建銅包鋁雙金屬復合材料構件分析平臺，引入銅包鋁雙金屬復合材料構件生產工藝，結合數字化設計技術，完成本文提出的設計。試驗分析證明，本文提出的數字化工裝設計，能夠有效降低構件加工誤差，提高構件加工質量，希望本文能為雙金屬復合材料構件工裝設計提供參考價值。