【摘要】：隨著我國航空業(yè)的快速發(fā)展,對蒙皮拉形機和相關拉形技術的要求日益提高。近年來,我國在拉形技術和設備方面取得較大進步,但是經調研發(fā)現國內航空企業(yè)鈑金車間的蒙皮拉形機換模技術普遍較落后。在換模過程中,主要依靠工人經驗實現模具定位,定位準確性差,并且初拉后的熱處理階段拉形機閑置,使得蒙皮拉形生產效率低下。因此,開展蒙皮拉形機快速換模系統(tǒng)研究,成為了提升蒙皮拉形效率的主要發(fā)展方向。本文根據某航空企業(yè)鈑金車間的調研情況,提出了蒙皮拉形機快速換模系統(tǒng)的六個設計目標和基于“雙工位”的設計思路。首先,對比若干種方案的優(yōu)缺點后,確定了一種基于橫縱向移動工作臺的蒙皮拉形機快速換模系統(tǒng)方案,該方案在滿足換模效率提升的同時,更加安全可靠。然后,根據所提出的設計方案,進行詳細的模塊化設計。對移動工作臺、軌道底板、覆蓋板移動臺、墊塊、橋式天車和系統(tǒng)定位裝置等進行結構設計,并使用Solidworks三維軟件對各個模塊及部件進行三維建模。利用ANSYS/Workbench有限元軟件對最大拉形載荷下各承載件的強度和剛度進行了校核,結果表明所設計結構能滿足工況強度和剛度要求。利用Abaqus有限元軟件對移動工作臺的橫縱向車輪及其軌道進行仿真分析和校核,結果表明輪軌的最大接觸應力低于其材料的屈服強度。利用ADAMS運動學仿真軟件對移動工作臺的橫縱向運動進行了運動學仿真,結果表明移動工作臺的運行較平穩(wěn),滿足可行性和安全性要求。最后,對快速換模系統(tǒng)的控制部分進行方案設計,主要包括移動工作臺行走機構和液壓系統(tǒng)的控制,以及定位系統(tǒng)的控制。利用Matlab/Simulink軟件對移動工作臺行走機構和液壓系統(tǒng)的控制進行仿真,其中行走機構移動工作臺各電機的轉速同步控制采用偏差耦合同步控制方式,液壓系統(tǒng)各油缸的同步頂升控制則采用位移交叉耦合和位移主從協(xié)同控制方式。本文設計的定位系統(tǒng)具有記憶儲存功能,能夠準確錄入和調取定位信息,以便系統(tǒng)下次使用。定位系統(tǒng)的控制主要包含橋式天車的驅動、移動工作臺激光測距定位和模具的準確定位。該快速換模系統(tǒng)具有自動化程度高、操作簡單和安全有效等優(yōu)點,大大提高了蒙皮拉形機的使用率及拉形工作效率。
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V261.2
【圖文】：

西南交通大學碩士研究生學位論文第1頁第1章緒論1.1研究背景及意義蒙皮拉形機是航空航天領域中用于蒙皮類零件制造加工的一種大型設備，隨著我國航空業(yè)的迅速發(fā)展，近年來逐步引進了一些國外先進的蒙皮拉形機。某航空企業(yè)鈑金廠使用的FET-1200型蒙皮拉形機是一臺大型橫向拉形設備，主要負責各種飛機的機身、機翼和整流罩等部件的蒙皮拉形生產。通過對該設備的實際使用情況調研，發(fā)現該廠生產的飛機型號多、批量小，因此需要拉形的蒙皮種類繁多，在拉形生產過程中需頻繁更換墊塊和模具，降低了拉形生產效率。如圖1-1所示，鈑金廠現階段的蒙皮拉形過程中，換模方式原始，需使用橋式天車完成模具和墊塊的吊裝，并完全依靠工人經驗實現模具和墊塊的更換與對齊調整。在加工準備階段，預先使用卡車或叉車將模具從庫房運送至拉形機旁指定區(qū)域。在模具吊裝階段，首先使用橋式天車將上一批工件加工所使用的模具和墊塊移出工作區(qū)，然后再將墊塊吊裝至工作區(qū)，通過人工進行墊塊的安裝與對齊工作，最后將模具吊裝到墊塊上，該過程依舊由人工實現模具的安裝與對齊。由于墊塊和模具的吊裝通過車間內的橋式天車進行，吊裝時需要與橋式天車的工作相配合，當橋式天車被其他工作占用時，墊塊和模具的吊裝則需要等待，影響了換模進度。圖1-1傳統(tǒng)蒙皮拉形機換模方式蒙皮工件從板材到最終拉形完成一般分為初拉、淬火、終拉三個工序，如圖1-2所示。工件的淬火時間通常為30到60分鐘，淬火完成后，工件必須在淬火后1小時內完成終拉處理。由于更換模具所花費的時間較長，且模具與墊塊的放置、調整和對齊完全依賴工人經驗，所以在工件淬火期間若更換模具對其他類型工件拉形，則無法確保終拉時模具的位置與初拉時保持一致。因此，為避免中途換模引起的位置誤差，

西南交通大學碩士研究生學位論文第3頁產生模具切線方向的拉伸力驅動板材與模具逐漸貼合成形[1]。上述兩種拉形方式在工作需要時可同時進行。圖1-4為第二種拉形工藝的拉形示意圖。圖1-3FET-1200蒙皮拉形機圖1-4拉形示意圖1.2.2拉形工藝分類拉形工藝主要有橫向拉形、縱向拉形和加上壓裝置拉形三種類型[3]。如圖1-3所示，其分類依據主要是根據蒙皮的形狀和拉伸方向的不同。橫向拉形即沿著成形件的寬度方向進行拉伸成形的拉形工藝，通常用來成形橫向曲度較大、縱向尺寸孝撓度較小的雙曲度零件[4]；縱向拉形則是沿著長度方向進行拉伸，通常用來成形縱向曲度和長度都較大的雙曲度零件[1]；加上壓裝置拉形是指在拉形過程中添加能夠產生局部成形力的上壓裝置，同時控制凹凸模間的相對位移，在夾鉗下拉力、工作臺頂升力和上壓裝置局部成形力的共同作用下使板材逐漸貼合模具的成形方法[3]，主要用于有局部凹槽的雙曲度零件的成形。拉形過程主要包括以下幾個階段，進行拉形工作時，模具上方放置板材，并用夾鉗將其夾緊，施加水平拉力使板材只產生平面拉應變，并使其至少產生屈服破壞，該過程稱為預拉[5]。然后調整夾鉗或模具的高度，使板材與模具開始接觸，并發(fā)生彎曲變形[6]，隨著模具與夾鉗間的相對位移，模具與板材的接觸變大直到完全貼合從而形成零件。

西南交通大學碩士研究生學位論文第3頁產生模具切線方向的拉伸力驅動板材與模具逐漸貼合成形[1]。上述兩種拉形方式在工作需要時可同時進行。圖1-4為第二種拉形工藝的拉形示意圖。圖1-3FET-1200蒙皮拉形機圖1-4拉形示意圖1.2.2拉形工藝分類拉形工藝主要有橫向拉形、縱向拉形和加上壓裝置拉形三種類型[3]。如圖1-3所示，其分類依據主要是根據蒙皮的形狀和拉伸方向的不同。橫向拉形即沿著成形件的寬度方向進行拉伸成形的拉形工藝，通常用來成形橫向曲度較大、縱向尺寸孝撓度較小的雙曲度零件[4]；縱向拉形則是沿著長度方向進行拉伸，通常用來成形縱向曲度和長度都較大的雙曲度零件[1]；加上壓裝置拉形是指在拉形過程中添加能夠產生局部成形力的上壓裝置，同時控制凹凸模間的相對位移，在夾鉗下拉力、工作臺頂升力和上壓裝置局部成形力的共同作用下使板材逐漸貼合模具的成形方法[3]，主要用于有局部凹槽的雙曲度零件的成形。拉形過程主要包括以下幾個階段，進行拉形工作時，模具上方放置板材，并用夾鉗將其夾緊，施加水平拉力使板材只產生平面拉應變，并使其至少產生屈服破壞，該過程稱為預拉[5]。然后調整夾鉗或模具的高度，使板材與模具開始接觸，并發(fā)生彎曲變形[6]，隨著模具與夾鉗間的相對位移，模具與板材的接觸變大直到完全貼合從而形成零件。

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本文編號：2778871