基于復(fù)雜截面的長桁類零件閘壓成形技術(shù)研究與應(yīng)用

文/陳東東，王海玲，周楨良，宮鵬軍，鄧銳·成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

長桁類零件是飛機(jī)結(jié)構(gòu)承力件，一般與飛機(jī)外蒙皮、地板梁裝配連接。一般長桁類零件長度尺寸大，以某型客改貨飛機(jī)零件為例，最長達(dá)4.6m，零件外形尺寸要求精度高、截面復(fù)雜，是影響飛機(jī)裝配的開鉚件，因此長桁類零件質(zhì)量、交付進(jìn)度直接決定了整個項目的成敗。

閘壓成形廣泛用于鈑金零件成形，如單曲度蒙皮零件（機(jī)翼前緣蒙皮、尾翼前緣蒙皮），板料折彎成形的零件（V形、U形、Z形等簡單截面），這些零件截面簡單。當(dāng)成形復(fù)雜零件時，如“幾”形截面零件，由于在展開材料計算、成形工藝方法、回彈參數(shù)補(bǔ)償、模具間隙、閘壓模具結(jié)構(gòu)等方面并沒有積累相關(guān)經(jīng)驗和深入研究，導(dǎo)致零件報廢、工裝多次返修、交付周期延長、零件表面質(zhì)量差等情況時有發(fā)生。

“幾”形截面零件特征

“幾”形零件截面復(fù)雜，裝配要求高，零件成形需借用閘壓模具閘壓成形。零件長度長達(dá)1～4.6m，閘壓成形時容易出現(xiàn)展開材料計算問題、零件定位困難、成形后取件困難、成形后高度超差、淬火變形量大、校正量大等一系列問題，直接導(dǎo)致工裝多次返修、零件報廢率高、零件帶故障交付、零件延遲交付客戶等一系列問題。

“幾”形閘壓件成形工藝方法設(shè)計

“幾”形零件成形工藝方法分為“一步成形法”和“二步成形法”，一步成形法工藝流程為：熱處理-滾平-成形，二步成形法工藝流程為：預(yù)成形-熱處理-成形-校正，相較于二步成形法，一步成形法校正量小。由于熱處理（淬火）時零件越長，其變形量越大，由此帶來的校正難度和校正時間就越長。“幾”形零件淬火變形量與零件熱處理時長度、入槽方式及操作方式均有關(guān)系，無法通過Pamstamp、Dynaform等仿真軟件模擬分析變形量及校正時間。

“幾”形零件熱處理試驗件共19件，長度從500mm依次遞增100mm到2300mm。熱處理試驗時，以下試驗條件均相同：

⑴均采用鹽爐淬火，保證零件入水方式、操作方式均相同；

⑵同一個人校正，19件試驗件校正工具、校正方法相同；

⑶試驗件逐項從冰箱取出，保證在零件校正時塑性相同；

⑷零件驗收依據(jù)相同。

通過試驗，繪制了“幾”形零件長度與校正時間關(guān)系曲線圖，如圖1所示。

圖1 “幾”形零件長度與校正時間關(guān)系圖

經(jīng)統(tǒng)計，各試驗件校正時間見表1。

表1 各試驗件校正時間

通過驗證試驗找出了不同長度零件成形主要工藝方法的分界點，當(dāng)零件長度L≥1800mm時，采用“一步成形法”；當(dāng)零長度L＜1800mm時，采用常規(guī)二步成形法，此時淬火變形量小，易于校正。

零件成形銷釘孔設(shè)計及展開尺寸計算

銷釘孔設(shè)計

“幾”形零件閘壓成形時一度面臨無法定位的問題，在研制初期，通過下料、零件成形時自由定位、閘壓成形后，再通過普通銑床銑切外形，其工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程

采用自由定位，毛坯寬度尺寸較大，成形時阻擋了材料流動，成形效果差。同時，采用自由定位方式在閘壓成形后需增加普通銑床銑切，由于零件截面較復(fù)雜，裝夾不穩(wěn)定，易劃傷零件表面。

創(chuàng)新定位方法，采用“一端圓孔、一端長圓孔”定位方法，如圖3所示，保證閘壓成形時零件不會側(cè)翻，在保證一端定位的情況下，另一端只需保證板料不會橫向移動即可。

圖3 一端圓孔、一端長圓孔”定位方法

為減少成形后零件的外形加工強(qiáng)度、提升零件成形及加工質(zhì)量，需對原工藝流程進(jìn)行優(yōu)化，如圖4所示。

展開尺寸計算

“幾”形閘壓件展開尺寸計算采用理論計算法和兩段計算法，零件截面尺寸如圖5所示。

圖5 零件截面尺寸圖

⑴理論計算法。

零件彎邊按外形展開時，修正值m按下式計算：

m=m1+m2

式中 m1=[2tan-0.01745(90°-M)]R

m2=[2tan-0.01745R(90°-M)]δ

其中 M——彎邊斜角值（°）；

R——彎曲內(nèi)半徑（mm）；

δ——零件材料厚度（mm）；

經(jīng)計算，得出m=3.387mm。

⑵兩段計算法。

將圖形分為兩部分分別計算展開尺寸，如圖6所示。

圖6 兩段式圖形

L=L1+L2=[（H/cosM）-m]×2=[(21.5-3.387)×2+26.06]+[16.693×2]=62.286+33.386=95.672mm

在CATIA中鈑金設(shè)計模塊建模并展開，如圖7所示，展開尺寸為94.922mm，較計算出的展開尺寸小0.75mm。

圖7 建模并展開

下料圖形驗證

比對結(jié)果顯示，展開圖形的計算結(jié)果基本正確，需在實際生產(chǎn)中進(jìn)行驗證。選用零件365-53-00-92374-203閘壓模成形，并用其外形樣板進(jìn)行最終外形檢查，結(jié)果顯示，按計算得出的下料圖形進(jìn)行下料并成形，可滿足零件的最終尺寸要求。

工裝模具結(jié)構(gòu)及具體設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于零件長度最長達(dá)4.6m，故考慮用工作臺長達(dá)5m的閘壓機(jī)PPEB250/50成形零件。又因為“幾”形零件長度L≥1800mm時要求用“一步成形法”，所以零件成形時應(yīng)該采用彎曲模結(jié)構(gòu)，并用頂件器把零件平穩(wěn)頂出模具。但閘壓機(jī)PPEB250/50沒有卸料裝置，所以只有靠模具自行卸料來代替頂件器的功能。

閘壓模具具體設(shè)計

因為需要自行卸料，所以要算出頂件力的大小。以零件長度L=1000mm為例計算，經(jīng)查《飛機(jī)鈑金模具設(shè)計手冊》，彎曲力計算公式為：F=(0.7KWt2Rm)/(r+t)

其中 F——彎曲力（N）；

K——安全系數(shù)，一般取1.3；

W——彎曲件的寬度（彎曲線長度）（mm）；

t——彎曲件的厚度（mm）；

r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑（mm）；

Rm——材料的抗拉強(qiáng)度（MPa）。

經(jīng)計算，彎曲力F=100197N；頂件力=0.3F=30059N。

綜合各項數(shù)據(jù)后選擇扁線螺旋彈簧中極重載荷用彈簧，每根彈簧外徑35mm，自由長度150mm，壓縮量為30mm時產(chǎn)生4802N載荷，長度1000mm的零件只需布7個彈簧就能滿足卸料要求。

零件成形精度高，彎曲間隙直接選為料厚尺寸t，但是考慮零件取出方便，凸模與凹模之間間隙修正為（t+0.1）mm。實際生產(chǎn)過程中，除了最長4.6m零件外，其余零件均成功生產(chǎn)出合格零件。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)最長4.6m零件的模具，凸模和凹模均產(chǎn)生變形，變形量約2mm，造成凸模和凹模不能正常工作。為了解決變形問題，決定改變工裝結(jié)構(gòu)和加工所用機(jī)床。機(jī)床改為YJK98S-2000-5025，該機(jī)床臺面尺寸5000mm×2500mm，機(jī)床有頂桿，直徑50mm，行程400mm，能滿足模具成形要求。

凸模采用了整體鑄件結(jié)構(gòu)，大大加強(qiáng)了凸模剛度，如圖8所示，基本沒有變形生成。凹模采用了分塊結(jié)構(gòu)，如圖9所示，有效避免了變形的產(chǎn)生。凹模下面懸空部分還增加了支撐桿，增加了凹模的剛度，防止了變形的產(chǎn)生。通過模具改進(jìn)，最終制造出了滿足要求的零件。

圖8 閘壓模具凸模示意圖

圖9 閘壓模具凹模示意圖

古稱云夢、九江和重湖，處于長江中游荊江南岸，跨岳陽、汨羅、湘陰、望城、益陽、沅江、漢壽、常德、津市、安鄉(xiāng)和南縣等縣市

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洞庭湖

現(xiàn)名 洞庭湖

省份湖北

榮譽(yù)稱號： 八百里洞庭

點名金句： 洞庭西望楚江分 水盡南天不見云

優(yōu)選景點： 岳陽樓 君山 南湖 東洞庭湖

輕解淺析： 古是第一澤 名定湖中山 一湖為三分 東南西三部

岳陽樓東臨 南擁二四泊 黃金水面西 名貴淡魚肥