一种复合材料成形模具的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种复合材料成形模具的设计方法。对复合材料构件进行工艺评估，获得合理的成形模具设计方案，采用自上向下的程序化一体化的设计系统。包括：成型曲面的可加工性检测、成型模具体设计及成形模具支架设计、基于FiberSIM，CAA二次开发的模具设计系统方法。该发明专利技术改变了传统复合材料成形模具的设计方法，实现了复合材料成形模具的程序化设计，极大地推动了我国复合材料成形模具设计与制造的水平，使复合材料模具设计与制造向低成本化、数字化方向发展；同时还可以缩短成形模具设计制造周期，降低研制成本，提高设计质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
复合材料结构一般由基体和增强材料经热压工艺制造而成，具有比强度高、比刚 度大、可设计性强、抗疲劳损伤性能和耐腐蚀性良好、尺寸稳定性好、隐身性好、便于大面积 整体成型、有效提高商用载荷等诸多优点。应用复合材料FiberSIM软件，采用独特的复合材 料构件制造模拟技术，对构件件进行准确的工艺评估，获得合理设计结果和确保高质量的 产品的新技术。通过软件模拟功能实现面向制造技术的设计，模拟平面铺层在三维零件上 的铺覆工艺可行性，在三维零件某一区域上实现所要求的纤维铺放角的工艺可行性等，并 通过对各软件系统和设备进行相关的二次开发和接口设计，实现复合材料构件在并行工作 模式下的设计、工艺、制造、检测、装配全过程的集成，实现复合材料构件设计、制造及工艺 一体化的技术。数字化技术在复合材料结构设计中的应用数字化设计技术就是用现代的、 高科技的手段和技术来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机的，支持产品 开发与生产全过程的并行化、智能化、集成化、虚拟化、绿色化、全球化、人性化、安全化、敏 捷化的现代设计方法与系统，有效地组织多学科的产品开发队伍，充分利用各种计算机辅 助工具，并有效地考虑产品开发与生产的全过程。 复合材料构件模具体设计的主要工作是对成型曲面的偏置，成型曲面是大量的曲 面片拼接而成的，其特征非常复杂，在对复合材料构件模具体设计过程中，对成型曲面进行 偏置时，存在局部因曲率过大而无法整体偏置的问题，使得设计人员不得不将原始曲面进 行拆分，而分别对曲面片进行单独偏置，然后将所得的偏置曲面按要求进行拼接。这样不仅 改变了原始的设计数据，使得设计结果有较大的偏差，往往需要设计员进行无数次的反复 尝试，才能得到合理的解，而且对曲面的处理，本身就是很复杂的过程，依靠人工的手段，质 量得不到保证，而且降低了设计效率。本文在满足误差的前提下，提出了基于误差约束的复 杂曲面整体偏置方法。型架板结构的设计过程中，设计者对每一个结构的设计都从草图进 行，设计步骤烦琐，设计效率低下，依赖设计人员所掌握的知识和经验，不同背景的设计人 员所设计的产品模型差异很大，不能满足产品规范性的要求。通过对大量复合材料构件模 具的总结，发现其型架板结构大同小异，本文利用参数化设计手段对其进行标准化，建立其 参数化设计模型，设计者只需对给定的几组参数进行赋值，便可以生成满足条件的型架板 结构，减少设计者的大量而烦琐的重复绘图工作，提高设计效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种复合材料成形模具的设计制造方法 为达此目的，本专利技术采用以下技术方案： -种复合材料成形模具的改进方法，主要包括3个步骤:型曲面的可加工性检测、 成型模具体设计及成形模具支架设计、基于Fibers頂，CAA二次开发的模具设计系统方法。 成型曲面可加工性评价检测主要是在设计初期.对复合材料构件成型曲面按照曲面本身的 设计质量以及企业现有的资源条件进行检查，在设计阶段判断出不符合设计质量的曲面， 以免影响后续的加工制造，出现加工迭代情况。模具体的设计模块主要是在设计模具体阶 段，考虑到成型曲面在设计过程中不易偏置，而且模具体与支架结构制造方式的不同.防止 因制造误差而引起的模具体与模具支架不能装配的情况，保证设计的模具体与支架的成 功装配，减少模具体的变形，提高精度。支架的参数化设计模块主要在设计支架时，利用参 数化设计思想，减少设计者的大量而烦琐的重复绘图工作，提高设计效率。根据企业的实际 需求，本成形模具的改进设计系统方法基于Fibers頂，CAA软件进行二次开发。 1成型曲面的检测方法 复合材料构件是通过大量的曲面片拼接而成的，表面质量差，进行模具设计，以数 控加工方式加工的产品时，必须要对成型面进行可加工性检测，判断成型面在企业现有的 加工资源条件下能否高效加工出合格的产品。本专利技术考虑影响成型面可制造性的因素包 括:加工难度、加工设备、刀具、装夹方式等，并将这些因素映射为成型面的几何特征属性， 使设计者在设计过程中能根据几何特征合理判断其可加工性。检测方法分三步进行:成型 曲面几何特征属性的提取、成型曲面特征属性的可加工性的评价和成型曲面可加工性多属 性的总体评价。1、成型曲面几何特征属性的提取:影响模具可加工性的属性可分为产品属 性层、过渡属性层和用户属性层。产品属性层指影响其可加工性的总体属性，用A表示。过渡 属性层指由产品属性向用户属性过渡的中间属性集合，其可分为成型曲面的几何形状属性 G，现有的制造资源属性S以及模具几何属性P。根据成型曲面特征对加工工艺性的影响的不 同，将成型曲面的几何形状属性可进一步分为局部特征属性Q(如曲面上某点的曲率、曲面 的凹凸性等），和整体特征属性Z(如曲面是否为单值曲面等）。制造资源属性可进一步分为 加工设备属性E，刀具属性C，装夹属性F等。模具的几何属性主要是指模具几何特征对成型 曲面的加工工艺性产生影响的属性，如在数控加工，是否以模具上的某特征作为加工成型 曲面的定位基准，将会影响成型曲面的加工工艺性。考虑在设计模具时，将加工成型曲面的 装夹定位的基准设计为模具的局部特征，即将设计基准和定位基准定义为同一基准，简化 模具的设计步骤和装夹的工艺，称为模具的基准属性B。它们之间的层次映射关系为A={G， S，P} = {Q，Z，E，C，F，B}，用户最终只需关注用户属性层的属性，简化后续的设计与计算。2、 成型曲面特征属性的可加工性的评价:根据对成型曲面特征属性的提取，针对用户属性层 各属性的几何特征，将影响成型曲面可加工性的曲面几何特征与模具的几何特征数值属性 评价分为成型曲面的曲率评价、成型曲面闭角的评价、成型曲面单值性的评价、以及成型曲 面水平度评价。复杂曲面曲率的评价是对属性Q和属性C的评价，将其属性映射为判断曲面 上点的曲率是否满足加工要求。复杂曲面单值性的评价是对属性Z和对属性E的评价，将其 属性映射为判断加工曲面是否为单值的。对于属性F和属性B的评价，将其映射为计算曲面 的水平度，称对曲面水平度的评价。对属性E的评价，将其映射为复杂曲面零件是否存在闭 角，称对复杂曲面的闭角评价。3、成型曲面可加工性多属性的总体评价:产品的总体要求是 由一系列对单一属性的要求所组成的，这些要求既具有独立性又相互关联，共同影响成型 曲面可加工性。在解决工程问题中，当某一属性绝对不满足产品要求时，无论方案的其他属 性如何，此方案都绝对不满足产品要求，既要同时考虑各属性的重要性，但决策的制定应结 合工程系统论的体系化分解处理思想，建立成型曲面可加工性多属性总体评价值。 2、复合材料构件模具体和模具支架的设计 (1)模具体的设计 在以上对成型曲面的可加工性评价的基础上，在设计复合材料构件模具体过程 中，需要考虑到模具体的加工过程中的实际情况，即：过渡模具体是通过数控加工的，成型 模具体是通过过渡模进行铺贴成型当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合材料成形模具的设计方法，其特征在于包括以下工艺步骤：(1)对复合材料构件进行工艺评估，获得合理的成形模具设计方案；(2)采用自上向下的程序化一体化的设计系统，该系统包括：成型曲面的加工性检测模块、成型模具体设计模块及成形模具支架设计模块，其中检测模块将加工性检测数据传输到成型模具体设计模块，根据数据进行自动设计；自动设计好后，根据人为需要可以校正图形，将校正或未校正图形的数据传输到支架设计模块，进行支架设计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐靖岚，
申请(专利权)人：无锡清杨机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32