本发明提供了一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，包括步骤S1、构建对双曲率薄壁件蠕变时效成形加载的仿真模型，在所述仿真模型中采用仿真软件将所述仿真模型对应的仿真过程分为至少一次循环过程，在每次循环过程中均包括对双曲率薄壁件先施加零载荷的LOAD1过程和后施加载荷的LOAD2过程；步骤S2、采用所述仿真模型并借助位移补偿以确定双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，并在模具上标出该位置。本发明能够确定所述双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，且不使用任何定位装置（如小端定位），降低了模具制造难度、制造成本以及真空加载时破袋的风险。
1.一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、构建对双曲率薄壁件蠕变时效成形加载的仿真模型，在所述仿真模型中采用仿真软件将所述仿真模型对应的仿真过程分为至少一次循环过程，在每次循环过程中均包括对双曲率薄壁件先施加零载荷的LOAD1过程和后施加载荷的LOAD2过程；
步骤S2、采用所述仿真模型并借助位移补偿以确定双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，并在模具上标出该位置；
步骤S2.1、对所述双曲率薄壁件确定二维坐标系，其中，所述二维坐标系的坐标原点(0，0)定位在所述双曲率薄壁件长度方向上任一端的中点上，X轴设置在所述双曲率薄壁件长度方向上，且指向所述双曲率薄壁件长度的延伸方向，Y轴设置在所述双曲率薄壁件成形的反方向上；
步骤S2.2、将所述坐标原点(0，0)确定为所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1；
步骤S2.3、对所述双曲率薄壁件施加仿真过程，经仿真过程中的第一次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1在X轴向的位移偏移量为Δx1；若Δx1小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L1即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
在步骤S2.3中，若Δx1大于1mm，则需要在仿真过程中进行第二次循环过程，在第二次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L1沿X轴向调整为L2，所述L2＝Δx1+L1；经第二次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L2在X轴向的位移偏移量为Δx2；
若Δx2小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L2即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
若Δx2大于1mm，则需要在仿真过程中进行第三次循环过程，在第三次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L2沿X轴向调整为L3，所述L3＝Δx2+L2；
经第三次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L3在X轴向的位移偏移量为Δx3；
若Δx3小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L3即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
若Δx3大于1mm，则按照上述循环过程依次类推，直至Δxi小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点Li即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置，其中，i为大于3的自然数。
2.根据权利要求1所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在步骤S1中，所述仿真软件的仿真步骤如下：步骤S1.1、向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的物理参数，同时，向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的等比例模型；
步骤S1.2、将双曲率薄壁件设置为变形体，将模具设置为刚体；
步骤S1.3、在所述LOAD1过程中借助双曲率薄壁件的自身重力下落至模具上，且控制双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具的弧形成形区域的两端；
步骤S1.4、在所述LOAD2过程中对双曲率薄壁件施加载荷，其施加过程由0逐渐增加到
3.根据权利要求2所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在步骤S1中，所述仿真软件为Marc Mentat仿真软件。
4.根据权利要求3所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在步骤S1.1中，所述物理参数包括双曲率薄壁件的长度尺寸L0、模具弧形成形区域对应的弦长Lf以及双曲率薄壁件和模具的弹性模量、泊松比、塑性变形曲线、密度、重力及摩擦系数。
5.根据权利要求4所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在步骤S1.3中，将所述双曲率薄壁件放置在模具弧形成形区域上，调整所述双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具弧形成形区域端部(L0‑Lf)/2。
6.根据权利要求5所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在每次循环过程中所述LOAD1过程和所述LOAD2过程的持续时间均为不大于1小时。
7.根据权利要求6所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，所述双曲率薄壁件位于长度方向上的两端分别为宽度不相等的两端，其中，所述坐标原点(0，0)设置在所述双曲率薄壁件宽度小的一端上。
8.根据权利要求7所述的双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，其特征在于，在每次循环过程中所述LOAD1过程的步数设置为不大于10，所述LOAD2过程的步数设置为100～200。
双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法
技术领域
[0001] 本发明涉及蠕变时效成型技术领域，具体涉及一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法。
背景技术
[0002] 在20世纪50年代初期，由于成形整体金属壁板的需要，蠕变时效成形技术逐渐发展起来。这项技术利用金属的蠕变特性，将成形与时效同步进行，同时满足成形成性的要求。目前，该技术已经成为大型飞机壁板制造的关键工艺技术之一。
[0003] 在1991年，M.Sallah等将蠕变时效成形过程划分为3个阶段，如图1所示：
[0004] 1）加载阶段
[0005] 在室温下，向构件上表面逐步施加适当的载荷，使构件发生变形，直至构件下表面与成形模具上表面紧密贴合，该变形量保持在构件材料弹性范围内。
[0006] 2）蠕变时效阶段
[0007] 将构件与成形模具放入热压罐中，将温度升至时效温度，施加高温载荷并保持构件成形一定的时间。构件在此过程中发生蠕变、时效与应力松弛过程，三种机制交互作用，使得材料组织和性能发生较大变化，完成成形成性过程。
[0008] 3）卸载阶段
[0009] 结束保温并去除施加在构件上的载荷，构件空冷至室温并自由回弹。由于蠕变时效与应力松弛的作用，构件中一部分弹性变形转变为永久塑性变形，使得卸载后构件保持一定形变。
[0010] 由于蠕变时效成形工艺所得构件残余应力小，成形过程中所需夹具少，工艺可重复性高，能够大幅提高构件（如铝合金整体壁板）的抗疲劳特性。因此，该工艺成为大尺寸、内部结构复杂的整体壁板成形的重要解决方案。
[0011] 在蠕变时效成形工艺中采用的蠕变时效模具主要有以下两类：
[0012] 1）机械加载模具
[0013] 所述机械加载模具主要可分为点阵式模具和凹凸式模具，其中，采用点阵式模具成型的构件表面容易出现瑕疵，且成本较高；若采用凹凸式模具，则整体较重，升温慢且造价高。
[0014] 2）真空加载模具
[0015] 采用真空加载模具易修模，加载后构件受力均匀，成形精度较高，成本较低。故一般选择真空加载模具。
[0016] 蠕变时效成形模具的成形区域是固定的，目前并没有一种好的定位方法，将构件控制到固定的成形区域内。即使采用真空加载模具也不能对构件进行有效约束，这样就造成了构件不能准确落在成形区域内，造成形面精度不达标；并且，当构件稍微倾斜放置时，其便向一侧滑移，造成蠕变时效成形失败。
[0017] 为解决构件向一侧滑移问题，技术人员开发了小端定位技术，即通过在构件小端位置处安装定位块限制其向一侧运动，避免了构件向一侧滑移现象。但是，随着真空压力增大，构件逐步贴模时，依旧会出现构件回落，脱离成形区域的现象；甚至，定位块的引入还会增大真空加载模具中真空袋漏气的几率。
发明内容
[0018] 本发明目的在于提供一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，解决了在模具上使用定位装置（如小端定位）产生的问题。其具体技术方案如下：
[0019] 一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，包括以下步骤：
[0020] 步骤S1、构建对双曲率薄壁件蠕变时效成形加载的仿真模型，在所述仿真模型中采用仿真软件将所述仿真模型对应的仿真过程分为至少一次循环过程，在每次循环过程中均包括对双曲率薄壁件先施加零载荷的LOAD1过程和后施加载荷的LOAD2过程；
[0021] 步骤S2、采用所述仿真模型并借助位移补偿以确定双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，并在模具上标出该位置。
[0022] 优选的，在步骤S1中，所述仿真软件的仿真步骤如下：
[0023] 步骤S1.1、向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的物理参数，同时，向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的等比例模型；
[0024] 步骤S1.2、将双曲率薄壁件设置为变形体，将模具设置为刚体；
[0025] 步骤S1.3、在所述LOAD1过程中借助双曲率薄壁件的自身重力下落至模具上，且控制双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具的弧形成形区域的两端；
[0026] 步骤S1.4、在所述LOAD2过程中对双曲率薄壁件施加载荷，其施加过程由0逐渐增加到1MPa。
[0027] 优选的，在步骤S1中，所述仿真软件为Marc Mentat仿真软件。
[0028] 优选的，在步骤S1.1中，所述物理参数包括双曲率薄壁件的长度尺寸L0、模具弧形成形区域对应的弦长Lf以及双曲率薄壁件和模具的弹性模量、泊松比、塑性变形曲线、密度、重力及摩擦系数。
[0029] 优选的，在步骤S1.3中，将所述双曲率薄壁件放置在模具弧形成形区域上，调整所述双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具弧形成形区域端部（L0‑Lf）/2。
[0030] 优选的，在每次循环过程中所述LOAD1过程和所述LOAD2过程的持续时间均为不大于1小时。
[0031] 优选的，在步骤S2中，确定最优摆放位置的步骤如下：
[0032] 步骤S2.1、对所述双曲率薄壁件确定二维坐标系，其中，所述二维坐标系的坐标原点（0，0）定位在所述双曲率薄壁件长度方向上任一端的中点上，X轴设置在所述双曲率薄壁件长度方向上，且指向所述双曲率薄壁件长度的延伸方向，Y轴设置在所述双曲率薄壁件成形的反方向上；
[0033] 步骤S2.2、将所述坐标原点（0，0）确定为所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1；
[0034] 步骤S2.3、对所述双曲率薄壁件施加仿真过程，经仿真过程中的第一次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1在X轴向的位移偏移量为∆x1；若∆x1小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L1即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置。
[0035] 优选的，在步骤S2.3中，若∆x1大于1mm，则需要在仿真过程中进行第二次循环过程，在第二次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L1沿X轴向调整为L2，所述L2=∆x1+L1；经第二次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L2在X轴向的位移偏移量为∆x2；
[0036] 若∆x2小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L2即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
[0037] 若∆x2大于1mm，则需要在仿真过程中进行第三次循环过程，在第三次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L2沿X轴向调整为L3，所述L3=∆x2+L2；经第三次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L3在X轴向的位移偏移量为∆x3；
[0038] 若∆x3小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L3即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
[0039] 若∆x3大于1mm，则按照上述循环过程依次类推，直至∆xi小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点Li即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置，其中，i为大于3的自然数。
[0040] 优选的，所述双曲率薄壁件位于长度方向上的两端分别为宽度不相等的两端，其中，所述坐标原点（0，0）设置在所述双曲率薄壁件宽度小的一端上。
[0041] 优选的，在每次循环过程中所述LOAD1过程的步数设置为不大于10，所述LOAD2过程的步数设置为100 200。~
[0042] 应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：
[0043] 本发明中所述双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，通过步骤S1与步骤S2组合使用，借助位移补偿成功的预测了双曲率薄壁件在蠕变时效成形过程中在模具上的滑移量，进而确定所述双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，使得所述双曲率薄壁件自动定位在模具成形区域内成形，避免了所述双曲率薄壁件脱离成形区域造成的精度缺陷，且不使用任何定位装置（如小端定位），降低了模具制造难度、制造成本以及真空加载时破袋的风险。此外，本发明不限制模具的曲率和双曲率薄壁件的结构形状，具有很高的普适性。
[0044] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
[0045] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0046] 图1是本发明背景技术中蠕变时效成形过程的工艺流程图；
[0047] 图2是本发明在步骤S1.3中将双曲率薄壁件放置在模具弧形成形区域上的结构图；
[0048] 图3是本发明在步骤S2中确定双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置的流程示意图；
[0049] 其中，b、模具，c、弧形成形区域，d、双曲率薄壁件。
具体实施方式
[0050] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0051] 实施例1：
[0052] 一种双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，包括以下步骤：
[0053] 步骤S1、构建对双曲率薄壁件d蠕变时效成形加载的仿真模型，在所述仿真模型中采用仿真软件将所述仿真模型对应的仿真过程分为至少一次循环过程，在每次循环过程中均包括对双曲率薄壁件先施加零载荷的LOAD1过程和后施加载荷的LOAD2过程；
[0054] 步骤S2、采用所述仿真模型并借助位移补偿以确定双曲率薄壁件在模具b上的最优摆放位置，并在模具上标出该位置，便于实际使用时，将双曲率薄壁件精准、快速的定位在模具上。
[0055] 在步骤S1中，所述仿真软件的仿真步骤如下：
[0056] 步骤S1.1、向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的物理参数，便于构建仿真模型，同时，向所述仿真软件中输入双曲率薄壁件和模具的等比例模型，便于仿真分析；
[0057] 步骤S1.2、将双曲率薄壁件设置为变形体，将模具设置为刚体；
[0058] 步骤S1.3、在所述LOAD1过程中借助双曲率薄壁件的自身重力下落至模具上，且控制双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具的弧形成形区域c的两端；
[0059] 步骤S1.4、在所述LOAD2过程中对双曲率薄壁件施加载荷，其施加过程由0逐渐增加到1MPa，选择该载荷的效果是便于模拟实际生产过程，提高防止实验的准确度。
[0060] 在步骤S1中，所述仿真软件为Marc Mentat仿真软件。
[0061] 参见图2，在步骤S1.1中，所述物理参数包括双曲率薄壁件的长度尺寸L0、模具弧形成形区域对应的弦长Lf以及双曲率薄壁件和模具的弹性模量、泊松比、塑性变形曲线、密度、重力及摩擦系数。
[0062] 在步骤S1.3中，将所述双曲率薄壁件放置在模具弧形成形区域上，调整所述双曲率薄壁件长度方向上的两端分别超过模具弧形成形区域端部（L0‑Lf）/2，用于提高仿真定位效率。
[0063] 在每次循环过程中所述LOAD1过程和所述LOAD2过程的持续时间均为1小时，便于与所述双曲率薄壁件的实际生产情况吻合。
[0064] 参见图3，在步骤S2中，确定最优摆放位置的步骤如下：
[0065] 步骤S2.1、对所述双曲率薄壁件确定二维坐标系，其中，所述二维坐标系的坐标原点（0，0）定位在所述双曲率薄壁件长度方向上任一端的中点上，X轴设置在所述双曲率薄壁件长度方向上，且指向所述双曲率薄壁件长度的延伸方向，Y轴设置在所述双曲率薄壁件成形的反方向上；此处，所述二维坐标系的构建便于展开对所述双曲率薄壁件在仿真过程中位移补偿的分析；
[0066] 步骤S2.2、将所述坐标原点（0，0）确定为所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1，其中，L1的X轴坐标值为0；
[0067] 步骤S2.3、对所述双曲率薄壁件施加仿真过程，经仿真过程中的第一次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L1在X轴向的位移偏移量为∆x1，具体为49mm。
[0068] 在步骤S2.3中，∆x1大于1mm，需要在仿真过程中进行第二次循环过程，在第二次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L1沿X轴向调整为L2，所述L2=∆x1+L1=49mm；经第二次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L2在X轴向的位移偏移量为∆x2；
[0069] 若∆x2小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L2即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
[0070] 若∆x2大于1mm，则需要在仿真过程中进行第三次循环过程，在第三次循环过程开始前，借助位移补偿，具体的需要先将初始参考节点L2沿X轴向调整为L3，所述L3=∆x2+L2；经第三次循环过程后，所述双曲率薄壁件的初始参考节点L3在X轴向的位移偏移量为∆x3；
[0071] 若∆x3小于等于1mm，则仿真过程结束，初始参考节点L3即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置；
[0072] 若∆x3大于1mm，则按照上述循环过程依次类推，直至∆xi小于等于1mm，则仿真过程结束。
[0073] 在本实施例1中，∆x3（为0.03mm）小于等于1mm，初始参考节点L3=46mm即为所述双曲率薄壁件的最优摆放位置。
[0074] 所述双曲率薄壁件位于长度方向上的两端分别为宽度不相等的两端，其中，所述坐标原点（0，0）设置在所述双曲率薄壁件宽度小的一端上，便于提高仿真的精度。
[0075] 在每次循环过程中所述LOAD1过程的步数设置为10，所述LOAD2过程的步数设置为100，此处两过程步数的设置便于确保适宜仿真精度的情况下，减少仿真时间。
[0076] 在实施例1中所述双曲率薄壁件在蠕变时效成形模具中的仿真定位方法，通过步骤S1与步骤S2组合使用，借助位移补偿成功的预测了双曲率薄壁件在蠕变时效成形过程中在模具上的滑移量，进而确定所述双曲率薄壁件在模具上的最优摆放位置，使得所述双曲率薄壁件自动定位在模具弧形成形区域内成形，避免了所述双曲率薄壁件脱离弧形成形区域造成的精度缺陷，且不使用任何定位装置（如小端定位），降低了模具制造难度、制造成本以及真空加载时破袋的风险。此外，本发明不限制模具的曲率和双曲率薄壁件的结构形状，具有很高的普适性。
[0077] 对比例1：
[0078] 与实施例1不同的是省去LOAD1过程，其他不变。
[0079] 相比于对比例1，本发明采用实施例1将LOAD1过程和LOAD2过程组合使用，保证了双曲率薄壁件能准确落在模具上的最优摆放位置，实现准确定位的效果。而对比例1不使用LOAD1过程，使得双曲率薄壁件的大小端受力不均，在双曲率薄壁件接触模具前就会发生严重的位移变化，导致双曲率薄壁件落在模具上的位置不可控，甚至完全脱离模具。
[0080] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
