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CN111745027A - 一种马鞍形蒙皮零件的成形方法 - Google Patents

一种马鞍形蒙皮零件的成形方法 Download PDF

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苏颂涛
王涵
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Abstract

本发明属于航空航天钣金件成形制造行业，涉及一种针对双曲率飞机蒙皮零件的成形用带筋工装及成形工艺。特征是包括拉形设备上工作台、上拉形模、板料、下工作台、夹持钳口、拉形模拉延筋、下拉形模；上拉形模与拉形设备上工作台相连，下拉形模与下工作台相连，拉形模具增加凸筋装置。蒙皮拉伸成形，结合上工作台压力调节及摩擦润滑方式的控制，通过拉延筋改变零件受力方式，使坯料保持均匀的双向拉力，保证零件在成形过程中流动的均匀性和可控性，实现反向双曲率的零件快速整体成形。

Description

一种马鞍形蒙皮零件的成形方法
技术领域
本发明属于航空蒙皮拉伸钣金件成形制造行业，涉及一种针对马鞍形双曲率飞机蒙皮零件的成形方法和带筋工装的应用。
背景技术
蒙皮拉伸成形是航空制造领域典型的板材成形方法，主要用于生产构成飞机气动外形的大型蒙皮类制件，其工艺过程为：先将板材沿长度方向将两侧用蒙拉设备夹钳将板材夹紧，然后通过夹钳的包覆拉伸运动或拉形模具垂直向上顶升运动，使板材逐渐贴合到拉形模具表面并发生拉伸变形以得到最终的形状。拉形工艺的特点是在板材弯曲的同时加切向拉力，使板材剖面内的应力趋于均匀一致并减小弯曲变形产生的弯矩，所以拉形工艺回弹较小，成形件精度较高，被广泛用于对成形质量要求较高的飞机蒙皮类制件的制造中。
蒙皮拉伸成形属薄板类成形，主要通过拉伸设备的钳口对拉伸毛料施加拉力和弯矩的运动，使毛料与拉伸成形工装的贴合面逐步扩展，并最终完全贴合的成形方法。蒙皮拉伸成形过程比其他类型的成形过程复杂的多，它涉及拉、弯、扭复合加载动作及其组合，并同时受到材料性能、材料变形趋势、拉伸成型方式、设备运行参数等的影响。
在加工马鞍形双曲率蒙皮制件时，由于上模胎下压后，导致材料在宽度方向上流动，与长度方向拉力垂直，采用传统成形工艺，由于坯料在该方向上无约束，导致材料受压后快速流动，但很难通过垂直方向拉伸力克服，零件局部发生起皱，只能通过继续极大拉力克服起皱等质量缺陷，而过大的拉力则会使坯料粗晶乃至破裂，无法成形，对于大曲率零件的成形称为企业亟待解决的难题。
因此，基于上述技术问题，本发明提供一种蒙皮零件成形工艺及工装，采用工装拉延筋装置，结合上工作台压力调节及摩擦润滑方式的控制，通过拉延筋改变零件受力方式，使坯料保持均匀的双向拉力，保证零件在成形过程中流动的均匀性和可控性，并防止零件在成形过程中发生起皱，粗晶和破裂能缺陷。实现反向双曲率的零件快速成形。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可实现将马鞍形双曲率制件快速成形、保证制件的成形性且可大幅度提高马鞍形双曲度零件成型精度和成品率的双曲率飞机蒙皮制件成形工艺和成形工装。
本发明一种针对双曲率飞机蒙皮零件的成形用带筋工装的特征在于：包括上工作台拉形工装，拉形模具凸筋，拉形工装；
所述拉形工装和传统拉形工装区别主要增加了拉延筋6，该拉延筋是在现有工装型面上，在材料宽度两端，沿长度方向增加左右两个拉延筋6，按模胎型面走向布置，与模胎长度方向平齐，使材料宽度位于拉延筋6形成的凹槽内。拉延筋6应按照材料厚度进行设置，保证起到限制材料流动，但不会形成上下模合模后的空心区域。这种沿长度方向左右贯通分布形成一个可装载毛料的“凹槽”，高度与材料厚度相等。其作用主要保证拉形过程中限制材料在宽度方向上流动，配合长度方向上拉伸力加大，限制褶皱等缺陷的产生。
技术方案
本发明一种马鞍形双曲率飞机蒙皮制件成形用工装的双曲率飞机蒙皮制件成形工艺的特征是应用由拉形设备上工作台、上拉形模、板料、下工作台、夹持钳口、拉形模拉延筋、下拉形模组成的装置中，
一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，包括如下步骤：
步骤1、如图2所示，首先将拉形模具安装在下工作台4上，通过T形螺钉固定并进行定位，再将上拉形模2与拉形设备上工作台1进行连接固定，并保证拉形模具在开合过程中的平稳、可靠；
步骤2、按照下拉形模的宽度方向的尺寸设定板料3的宽度尺寸，设定的板料宽度尺寸与模具宽度尺寸的宽度比为80:100，使板料长度保证大于模具型面的长度，同时要在板料上留出钳口夹紧长度。
步骤3、通过先将板料3进行预弯成与模具外形近似的形状，然后对预弯后的板料进行热处理。
步骤4、通过拉伸设备钳头的钳口5夹紧板料3的两端，调整下拉形模具7的上下或左右位置和角度，该角度是以拉伸设备工作台的中心为旋转中心，可水平方向成一定角度，以便保证钳口在拉伸板料时，使板料能够完全覆盖在模具上的型面部分。
步骤5、调整拉伸设备钳头的钳口角度、托架的左右位置和摆动角度，该钳口的俯仰角度为0-60°，托架的摆动角度为±15°。
步骤6、通过拉伸设备的左、右拉伸缸对板料3进行沿长度方向拉伸，使板料部分贴敷在下拉形模7型面上，使得零件初步拉形模7型面的要求，并限制在拉延筋6的范围内。
步骤7、通过上工作台1下行，与下拉形模7合模，制出零件中间马鞍形特征，此时，受下压力影响，零件材料会沿宽度方向变大，使步骤6中贴合拉形模7型面的零件再次翘曲，甚至产生褶皱，当再次加大左、右拉伸缸拉力进行除皱和贴合拉伸时，过大的拉伸变形量会导致蒙皮制件粗晶，影响蒙皮制件的疲劳强度，变形量过小则会导致蒙皮制件回弹，出现不贴模状态。
步骤8、下拉形模7在传统结构上，按材料定位后，当工装采用拉延筋6的结构时，上工作台1下行，与下拉形模7合模，产生的材料宽度方向变大会受到拉延筋6约束和限制，使材料无法在宽度方向上流动，此时加大左、右拉伸缸拉力将更容易将材料从长度方向上完成贴胎成型，控制板料3流料速率及流料量，克服翘曲起皱的趋势，用较小的拉伸缸拉力快速完成贴模成型。
步骤9、在模具的非型面区域配打制件定位孔，以便于后续数控切边工序中板料的定位；
步骤10、对拉伸成形后的制件边部进行切边，对铣切完成后的制件进行自然失效，入库。
技术效果
由于本发明采用上述技术方案，采用拉延筋控制流料的方式，并利用拉延筋的摩擦力来改变方向双曲率制件的受力方式，并通过蒙皮拉伸机上工作台合模力及拉伸力的控制，可实现将带有反向双曲的制件快速成形。这样不仅可保证蒙皮制件的成形稳定性和可靠性，增加蒙皮制件的成品率；降低工件成形难度，有效地提高了生产效率和塑性加工领域中板筋类件的先进制造水平，大幅度降低了生产成本。
附图说明
图1是一种反向双曲率蒙皮零件图
图2是本发明工装的主视图
图3是本发明工装的剖视图
图4是本发明工装的剖视图
1、拉形设备上工作台；2、上拉形模；3、板料；4、下工作台；5、夹持钳口；6、拉形模拉延筋；7、下拉形模。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1-图4，双曲率飞机蒙皮制件成形用工装，包括拉形设备上工作台1，上拉形模2，零件板料3，拉形设备下工作台4，拉形设备夹持钳口5，拉形模拉延筋6。
本实施例中，所述拉形模采用材料QT700铸件制作，其强度和耐磨性比普通钢要高30％以上，拉形模型面采用磨削加工保证粗糙度不小于1.6，减小板料与拉形模及拉形模拉延筋之间的摩擦力，增加拉伸力的传动性以利于成形板料的流动。
本实施例中，所述拉延筋上下模之间的间隙为板料厚度。。
采用双曲率飞机蒙皮制件成形用工装的弯钩类飞机蒙皮制件成形工艺，包括如下步骤：
步骤1、如图2所示，首先将拉形模具安装在下工作台4上，通过T形螺钉固定并进行定位，再将上拉形模2与拉形设备上工作台1进行连接固定，并保证拉形模具在开合过程中的平稳、可靠；
步骤2、按照下拉形模的宽度方向的尺寸设定板料3的宽度尺寸，设定的板料宽度尺寸与模具宽度尺寸的宽度比为80:100，使板料长度保证大于模具型面的长度，同时要在板料上留出钳口夹紧长度。
步骤3、通过先将板料3进行预弯成与模具外形近似的形状，然后对预弯后的板料进行热处理。
步骤4、通过拉伸设备钳头的钳口5夹紧板料3的两端，调整下拉形模具7的上下或左右位置和角度，该角度是以拉伸设备工作台的中心为旋转中心，可水平方向成一定角度，以便保证钳口在拉伸板料时，使板料能够完全覆盖在模具上的型面部分。
步骤5、调整拉伸设备钳头的钳口角度、托架的左右位置和摆动角度，保证钳口姿态符合拉形工装长度方向上两段型面曲率。
步骤6、通过拉伸设备的左、右拉伸缸对板料3进行沿长度方向拉伸，使板料部分贴敷在下拉形模7型面上，使得零件初步拉形模7型面的要求，并限制在拉延筋6的范围内。
步骤7、通过上工作台1下行，与下拉形模7合模，制出零件中间马鞍形特征，此时，受下压力影响，零件材料会沿宽度方向变大，使步骤6中贴合拉形模7型面的零件再次翘曲，甚至产生褶皱，当再次加大左、右拉伸缸拉力进行除皱和贴合拉伸时，过大的拉伸变形量会导致蒙皮制件粗晶，影响蒙皮制件的疲劳强度，变形量过小则会导致蒙皮制件回弹，出现不贴模状态。
步骤8、下拉形模7在传统结构上，按材料定位后，当工装采用拉延筋6的结构时，上工作台1下行，与下拉形模7合模，产生的材料宽度方向变大会受到拉延筋6约束和限制，使材料无法在宽度方向上流动，此时加大左、右拉伸缸拉力将更容易将材料从长度方向上完成贴胎成型，控制板料3流料速率及流料量，克服翘曲起皱的趋势，用较小的拉伸缸拉力快速完成贴模成型。
步骤9、在模具的非型面区域配打制件定位孔，以便于后续数控切边工序中板料的定位；
步骤10、对拉伸成形后的制件边部进行切边，对铣切完成后的制件进行自然失效，入库。
在具体实施例中，例如蒙皮制件材质为2024，厚度2.0mm铝合金板料总的变形量控制在6％以内，
步骤3中，根据板料的厚度、材质各异，坯料的热处理方式也是不同的，本实施例中，例如蒙皮制件材质为2024-O，厚度2.0mm铝合金板料，其热处理淬火温度控制在494℃±5℃，热处理的时间为35min，淬火转移时间7s。
步骤6中，当上工装台下行，压制出马鞍形特征时，由于存在限制材料宽度方向流动的“凹槽”，迫使材料无法向宽度方向流动。
步骤7中，当快达到上下拉形工装合模状态时，进一步加大拉力，通过纵向拉伸变形，将压缩在宽度方向的流动材料沿长度方向形成塑性变形，不会产生堆积和褶皱，从而达到本文所述提高成型质量和效率的目的。
综上所述，本发明可提供一种针对双曲率飞机蒙皮零件的成形用带筋工装及成形工艺，可实现将凸双曲率的零件快速成形，保证零件的塑性变形量。

Claims (8)

1.一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、首先将拉形模具安装在下工作台(4)上，通过T形螺钉固定并进行定位，再将上拉形模(2)与拉形设备上工作台(1)进行连接固定，并保证拉形模具在开合过程中的平稳、可靠；
步骤2、按照下拉形模的宽度方向的尺寸设定板料(3)的宽度尺寸，使板料长度保证大于模具型面的长度，同时要在板料上留出钳口夹紧长度；
步骤3、通过先将板料(3)进行预弯成与模具外形近似的形状，然后对预弯后的板料进行热处理；
步骤4、通过拉伸设备钳头的钳口(5)夹紧板料(3)的两端，调整下拉形模具(7)的上下或左右位置和角度，
步骤5、调整拉伸设备钳头的钳口角度、托架的左右位置和摆动角度；
步骤6、通过拉伸设备的左、右拉伸缸对板料(3)进行沿长度方向拉伸，使板料(3)部分贴敷在下拉形模(7)型面上，使得零件初步拉形模(7)型面的要求；
步骤7、通过上工作台(1)下行，与下拉形模(7)合模，制出零件中间马鞍形特征，此时，受下压力影响，零件材料会沿宽度方向变大，使步骤6中贴合拉形模(7)型面的零件再次翘曲，甚至产生褶皱，当再次加大左、右拉伸缸拉力进行除皱和贴合拉伸时，过大的拉伸变形量会导致蒙皮制件粗晶，影响蒙皮制件的疲劳强度，变形量过小则会导致蒙皮制件回弹，出现不贴模状态；
步骤8、下拉形模(7)在传统结构上，按材料定位后，当工装采用拉延筋(6)的结构时，上工作台(1)下行，与下拉形模(7)合模，产生的材料宽度方向变大会受到拉延筋(6)约束和限制，使材料无法在宽度方向上流动，此时加大左、右拉伸缸拉力将更容易将材料从长度方向上完成贴胎成型，控制板料(3)流料速率及流料量，克服翘曲起皱的趋势，用较小的拉伸缸拉力快速完成贴模成型。
2.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，在模具的非型面区域配打制件定位孔，以便于后续数控切边工序中板料的定位。
3.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，对拉伸成形后的制件边部进行切边，对铣切完成后的制件进行自然失效，入库。
4.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，所述步骤2中设定的板料宽度尺寸与模具宽度尺寸的宽度比为80:100。
5.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，所述步骤4中调整的角度，该角度是以拉伸设备工作台的中心为旋转中心，可水平方向成一定角度，以便保证钳口在拉伸板料时，使板料能够完全覆盖在模具上的型面部分。
6.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，所述步骤5中该钳口的俯仰角度为0-60°。
7.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，所述步骤5托架的摆动角度为±15°。
8.根据权利要求1所述的一种马鞍形蒙皮零件的成形方法，其特征在于，所述步骤6应限制在拉延筋(6)的范围内。
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