铜包铝双金属复合材料构件工装的数字化设计

马瑛剑

（中航通飞华南飞机工业有限公司，广东 珠海 519040）

传统构件工装是根据设计人员的工作经验进行标准工装选择，但结果往往不太尽人意，常常出现装配工装安装精度低、维护性低等情况，因此提出铜包铝双金属复合材料构件工装的数字化设计。

1 搭建铜包铝双金属复合材料构件数字化模型

（1）搭建铜包铝双金属复合材料构件数字化平台。铜包铝双金属复合材料构件分析平台是金属复合材料构件分析模型的重要载体，该平台主要由构件接入端、构件识别端、数据输出端三个部分组成。构件接入端的作用是接入铜包铝双金属复合材料构件，连接设计人员平台和构件识别端口，将识别的构件形状数据、参数向量进行载入，为数据输出端运行储存数据。数据输出端包括三台服务器，即数据分析服务器、参数计算服务器、构件分析服务器。其中参数计算服务器接入的数据，用于计算各个工序所需的工装参数，其数据的运算规则采用数字化算法进行计算。构件分析服务器对参数计算服务器输出的结果进行模拟，模拟各个工序所需工装特性，最后通过输出端数据显示，完成铜包铝双金属复合材料构件分析[1]。搭建的铜包铝双金属复合材料构件分析平台示意图，如图1所示。

图1 铜包铝双金属复合材料构件分析平台框架图

（2）引入铜包铝双金属复合材料构件生产工艺。铜包铝双金属复合材料构件生产工艺，即构件在生产加工中的各个工序加工流程，通过生产工艺确保构件在并行工作模式下，完成整体的制造，检测，装配等生产全过程[2]。铜包铝双金属复合材料构件生产工艺，一般包括轧制、锻造、板材冲压，挤压以及拉拔等四个工艺流程。通过将各个工艺分别引入搭建的构件分析平台中，实现构件分析模型。

首先录入轧制力函数，函数公式如下所示：

该方程为无摩擦情况下，轧制力的函数变化情况，其中Yavg为复合材料构件受轧制时，产生的平均真应力，L为构件的长度，W为构件的重量，通过计算，获取构件在进行轧制工艺时，所需的轧制力。然后引入多种锻造工艺，录入后，平台会根据构件的实际情况，自动选择适用的锻造工艺，经过锻造后的构件，其强度和韧性更高。接下来引入板材冲压工艺，经过冲压后，使得构件具有重量轻、形状多变等优点，提高了构件的实用性。最后引入挤压以及拉拔工艺流程，通过在平台中引入铜包铝双金属复合材料构件生产工艺，实现双金属复合材料构件分析模型的搭建。

2 实现数字化双金属复合材料构件工装的设计

首先通过获得铜包铝双金属复合材料的原始构件数据，准确定位数据来源，即数据代表铜包铝双金属复合材料构件的相关形状信息，来反映铜包铝双金属复合材料构件的物理几何属性，为数字化设计工装提供基础参数。同时结合铜包铝双金属复合材料中间数据，根据铜包铝双金属复合材料构件加工要求，利用数字化技术，自动生成工装初步三维图。工装初步三维图中包括，剖面结构、三维结构等。最后依托生成的工装三维图，获取铜包铝双金属复合材料工装各项数据，结合构件的最终分析数据，对工装进行稍加修改，完成工装数字化设计。通过搭建铜包铝双金属复合材料构件分析平台，引入铜包铝双金属复合材料构件生产工艺，结合数字化设计技术，完成铜包铝双金属复合材料构件工装的数字化设计。

3 试验分析

为了验证本文提出的铜包铝双金属复合材料构件工装的数字化设计的有效性，进行试验分析。由于现实进行工装设计会造成大量材料浪费，因此采用仿真实验的方式，进行有效性验证。

3.1 数据准备

为了确保试验结果的准确度，采用硬件完全相同的2台设备，作为试验工具。同时搭载science仿真软件，模拟10个不同规格的铜包铝双金属复合材料构件的加工流程。其中一台设备将模拟的构件，利用标准工装进行仿真加工，另一台设备模拟的构件，利用本文数字化设计的工装进行仿真加工，将加工完成的模拟构件进行对比。10个模拟构件完成加工后，进行几何误差检测，设置检测工序以及工序加工尺寸偏差如表1所示。

表1 试验参数

3.2 试验分析

试验后，将基于两种工装辅助加工下，构件加工几何误差结果进行汇总，汇总数据为10个构件各个工序加工误差的平均值，汇总结果如表2所示。

表2 试验结果

由表2可知，应用标准工装辅助构件加工，会导致部分加工工序产生的几何误差大于构件加工尺寸要求，影响构件的加工质量。本文设计的工装，能够有效降低构件加工误差，提高构件加工质量，同时减少了不必要的标准工装浪费，具有切实的可行性。

4 总结

本文提出了双金属复合交通轨道的几何误差测试系统，通过搭建铜包铝双金属复合材料构件分析平台，引入铜包铝双金属复合材料构件生产工艺，结合数字化设计技术，完成本文提出的设计。试验分析证明，本文提出的数字化工装设计，能够有效降低构件加工误差，提高构件加工质量，希望本文能为双金属复合材料构件工装设计提供参考价值。