一種復合材料成形模具的設計方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種復合材料成形模具的設計方法。
【背景技術】
[0002] 復合材料結構一般由基體和增強材料經熱壓工藝制造而成，具有比強度高、比剛 度大、可設計性強、抗疲勞損傷性能和耐腐蝕性良好、尺寸穩定性好、隱身性好、便于大面積 整體成型、有效提高商用載荷等諸多優點。應用復合材料FiberSIM軟件，采用獨特的復合材 料構件制造模擬技術，對構件件進行準確的工藝評估，獲得合理設計結果和確保高質量的 產品的新技術。通過軟件模擬功能實現面向制造技術的設計，模擬平面鋪層在三維零件上 的鋪覆工藝可行性，在三維零件某一區域上實現所要求的纖維鋪放角的工藝可行性等，并 通過對各軟件系統和設備進行相關的二次開發和接口設計，實現復合材料構件在并行工作 模式下的設計、工藝、制造、檢測、裝配全過程的集成，實現復合材料構件設計、制造及工藝 一體化的技術。數字化技術在復合材料結構設計中的應用數字化設計技術就是用現代的、 高科技的手段和技術來改造傳統的產品設計方法，旨在建立一套基于計算機的，支持產品 開發與生產全過程的并行化、智能化、集成化、虛擬化、綠色化、全球化、人性化、安全化、敏 捷化的現代設計方法與系統，有效地組織多學科的產品開發隊伍，充分利用各種計算機輔 助工具，并有效地考慮產品開發與生產的全過程。
[0003] 復合材料構件模具體設計的主要工作是對成型曲面的偏置，成型曲面是大量的曲 面片拼接而成的，其特征非常復雜，在對復合材料構件模具體設計過程中，對成型曲面進行 偏置時，存在局部因曲率過大而無法整體偏置的問題，使得設計人員不得不將原始曲面進 行拆分，而分別對曲面片進行單獨偏置，然后將所得的偏置曲面按要求進行拼接。這樣不僅 改變了原始的設計數據，使得設計結果有較大的偏差，往往需要設計員進行無數次的反復 嘗試，才能得到合理的解，而且對曲面的處理，本身就是很復雜的過程，依靠人工的手段，質 量得不到保證，而且降低了設計效率。本文在滿足誤差的前提下，提出了基于誤差約束的復 雜曲面整體偏置方法。型架板結構的設計過程中，設計者對每一個結構的設計都從草圖進 行，設計步驟煩瑣，設計效率低下，依賴設計人員所掌握的知識和經驗，不同背景的設計人 員所設計的產品模型差異很大，不能滿足產品規范性的要求。通過對大量復合材料構件模 具的總結，發現其型架板結構大同小異，本文利用參數化設計手段對其進行標準化，建立其 參數化設計模型，設計者只需對給定的幾組參數進行賦值，便可以生成滿足條件的型架板 結構，減少設計者的大量而煩瑣的重復繪圖工作，提高設計效率。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提出一種復合材料成形模具的設計制造方法
[0005] 為達此目的，本發明采用以下技術方案：
[0006] -種復合材料成形模具的改進方法，主要包括3個步驟:型曲面的可加工性檢測、 成型模具體設計及成形模具支架設計、基于Fibers頂，CAA二次開發的模具設計系統方法。 成型曲面可加工性評價檢測主要是在設計初期.對復合材料構件成型曲面按照曲面本身的 設計質量以及企業現有的資源條件進行檢查，在設計階段判斷出不符合設計質量的曲面， 以免影響后續的加工制造，出現加工迭代情況。模具體的設計模塊主要是在設計模具體階 段，考慮到成型曲面在設計過程中不易偏置，而且模具體與支架結構制造方式的不同.防止 因制造誤差而引起的模具體與模具支架不能裝配的情況，保證設計的模具體與支架的成 功裝配，減少模具體的變形，提高精度。支架的參數化設計模塊主要在設計支架時，利用參 數化設計思想，減少設計者的大量而煩瑣的重復繪圖工作，提高設計效率。根據企業的實際 需求，本成形模具的改進設計系統方法基于Fibers頂，CAA軟件進行二次開發。
[0007] 1成型曲面的檢測方法
[0008] 復合材料構件是通過大量的曲面片拼接而成的，表面質量差，進行模具設計，以數 控加工方式加工的產品時，必須要對成型面進行可加工性檢測，判斷成型面在企業現有的 加工資源條件下能否高效加工出合格的產品。本發明考慮影響成型面可制造性的因素包 括:加工難度、加工設備、刀具、裝夾方式等，并將這些因素映射為成型面的幾何特征屬性， 使設計者在設計過程中能根據幾何特征合理判斷其可加工性。檢測方法分三步進行:成型 曲面幾何特征屬性的提取、成型曲面特征屬性的可加工性的評價和成型曲面可加工性多屬 性的總體評價。1、成型曲面幾何特征屬性的提取:影響模具可加工性的屬性可分為產品屬 性層、過渡屬性層和用戶屬性層。產品屬性層指影響其可加工性的總體屬性，用A表示。過渡 屬性層指由產品屬性向用戶屬性過渡的中間屬性集合，其可分為成型曲面的幾何形狀屬性 G，現有的制造資源屬性S以及模具幾何屬性P。根據成型曲面特征對加工工藝性的影響的不 同，將成型曲面的幾何形狀屬性可進一步分為局部特征屬性Q(如曲面上某點的曲率、曲面 的凹凸性等），和整體特征屬性Z(如曲面是否為單值曲面等）。制造資源屬性可進一步分為 加工設備屬性E，刀具屬性C，裝夾屬性F等。模具的幾何屬性主要是指模具幾何特征對成型 曲面的加工工藝性產生影響的屬性，如在數控加工，是否以模具上的某特征作為加工成型 曲面的定位基準，將會影響成型曲面的加工工藝性。考慮在設計模具時，將加工成型曲面的 裝夾定位的基準設計為模具的局部特征，即將設計基準和定位基準定義為同一基準，簡化 模具的設計步驟和裝夾的工藝，稱為模具的基準屬性B。它們之間的層次映射關系為A={G， S，P} = {Q，Z，E，C，F，B}，用戶最終只需關注用戶屬性層的屬性，簡化后續的設計與計算。2、 成型曲面特征屬性的可加工性的評價:根據對成型曲面特征屬性的提取，針對用戶屬性層 各屬性的幾何特征，將影響成型曲面可加工性的曲面幾何特征與模具的幾何特征數值屬性 評價分為成型曲面的曲率評價、成型曲面閉角的評價、成型曲面單值性的評價、以及成型曲 面水平度評價。復雜曲面曲率的評價是對屬性Q和屬性C的評價，將其屬性映射為判斷曲面 上點的曲率是否滿足加工要求。復雜曲面單值性的評價是對屬性Z和對屬性E的評價，將其 屬性映射為判斷加工曲面是否為單值的。對于屬性F和屬性B的評價，將其映射為計算曲面 的水平度，稱對曲面水平度的評價。對屬性E的評價，將其映射為復雜曲面零件是否存在閉 角，稱對復雜曲面的閉角評價。3、成型曲面可加工性多屬性的總體評價:產品的總體要求是 由一系列對單一屬性的要求所組成的，這些要求既具有獨立性又相互關聯，共同影響成型 曲面可加工性。在解決工程問題中，當某一屬性絕對不滿足產品要求時，無論方案的其他屬 性如何，此方案都絕對不滿足產品要求，既要同時考慮各屬性的重要性，但決策的制定應結 合工程系統論的體系化分解處理思想，建立成型曲面可加工性多屬性總體評價值。
[0009] 2、復合材料構件模具體和模具支架的設計
[0010] (1)模具體的設計
[0011] 在以上對成型曲面的可加工性評價的基礎上，在設計復合材料構件模具體過程 中，需要考慮到模具體的加工過程中的實際情況，即：過渡模具體是通過數控加工的，成型 模具體是通過過渡模進行鋪貼成型