航空鈑金薄壁結(jié)構(gòu)件液壓成型工藝研究

黑東盛　趙偉強(qiáng)

摘? 要：航空鈑金件因其質(zhì)輕、低成本等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空制造領(lǐng)域，其成型工藝主要包括橡皮囊成形、液壓脹形、沖壓成形等，鈑金成形工藝一直是航空制造領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)特征選擇不同的鈑金成形工藝。該文以液壓成型的標(biāo)準(zhǔn)原理和技術(shù)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，根據(jù)復(fù)雜薄壁件結(jié)構(gòu)特征，對(duì)復(fù)雜薄壁航空鈑金件成形過程進(jìn)行分析，得出可能出現(xiàn)褶皺及問題的地方，提供分析方法供讀者借鑒。

關(guān)鍵詞：薄壁結(jié)構(gòu)件? 液壓? 航空鈑金

中圖分類號(hào)：TG506 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（a）-0066-02

傳統(tǒng)的航空板材制造過程多以人工操作為主，其施工周期慢，制作精度低，質(zhì)量參差不齊。伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，航空制造開始實(shí)現(xiàn)技術(shù)工藝的提升，利用液壓成型施工工藝，調(diào)整整體模具的加工方法，控制精度、厚度，降低模具的加工成本，縮短生產(chǎn)周期，達(dá)到精益鈑金成形要求。

1? 液壓工藝施工特點(diǎn)和原理

液壓成型工藝在鈑金成型設(shè)計(jì)過程中，按照液體方式替換成型，通過液壓拉伸，在凹模中進(jìn)行液體沖加處理，控制液壓室內(nèi)的作用，分析毛坯與凸模的結(jié)合，保證成型的精確性。液體需要一定的潤(rùn)滑處理作用和效果，逐步減少成型中產(chǎn)生的摩擦阻礙問題，逐步提升成型的極限效果，減少拉伸作用，調(diào)整局部缺陷問題。根據(jù)板件的質(zhì)量水平，調(diào)整液體的使用成型過程，分析其中的摩擦阻力大小，控制液壓潤(rùn)滑的作用，逐步減少鈑金的成型和次數(shù)，改善成形效果，減少報(bào)廢件，從而降低成本，加深鈑金成形的精確度和有效性，符合柔性加工的整體需求。模具在加工過程中需要進(jìn)行焊接處理，根據(jù)凹模型的內(nèi)液壓情況，調(diào)整凸模的阻抗力大小，對(duì)設(shè)備的噸位進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)要求，控制液壓的使用和密封技術(shù)水平，分析對(duì)板件成型的重要作用，調(diào)整板件的補(bǔ)充液體比例關(guān)系，以提高生產(chǎn)效率低。

2? 鈑金液壓拉伸的過程控制

2.1 板材液壓情況分析

液壓成型中，按照液室內(nèi)壓力、液體的流動(dòng)性水平等設(shè)備參數(shù)來判斷板材成型的應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。按照國內(nèi)外液壓的成型技術(shù)特點(diǎn)，通過不同材料性能對(duì)成型可靠性進(jìn)行分析。通過建立毛胚材料變形方程方法的實(shí)施以及有效的統(tǒng)一參數(shù)設(shè)置，對(duì)液壓成型進(jìn)行技術(shù)完善。對(duì)于復(fù)雜的航空板件成型過程，需要確定增壓處理效果和問題。

2.2 起皺原因分析

鈑金件起皺主要受壓力過低、壓力扁壓影響，縫隙過大，出現(xiàn)凹模問題。根據(jù)這一類的缺陷，需要調(diào)整增壓比例關(guān)系，逐步減少壓邊縫隙的處理方法。按照懸空區(qū)域的起皺現(xiàn)象，調(diào)整液壓壓力過小可能引發(fā)的切向作用，逐步增大液壓壓力和壓邊作用問題。

2.3 破裂的整體控制標(biāo)準(zhǔn)

凸模的圓角出現(xiàn)破裂，需要根據(jù)成型過程進(jìn)行缺陷分析，調(diào)整起初的增加液壓的壓力標(biāo)準(zhǔn)，判斷溢出可能造成的局部破裂問題

3? 鈑金液壓成型的工藝研究

根據(jù)材料的性能水平，依照其輕量化標(biāo)準(zhǔn)，在復(fù)雜曲面的薄壁作用下，調(diào)整鈑金的加工工藝范圍。分析常溫下的受限比例關(guān)系，確定拉伸鈑金件的制造標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于復(fù)雜薄壁整體鈑金的成型工藝缺陷，需要以合理的液體成型工藝控制流為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鈑金件進(jìn)行使用分析，調(diào)節(jié)檢測(cè)沖壓的板料標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)不同的區(qū)域進(jìn)行變形情況分配，確定分析設(shè)計(jì)復(fù)雜程度符合模具的操作要求。

3.1 鈑金加工成型施工工藝分析

該鈑金件為曲面罩型復(fù)雜件，其材料為鋁鎂合金。厚度一般控制在1mm范圍內(nèi)。保護(hù)罩設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為120mm。根據(jù)保護(hù)罩端面進(jìn)行混合曲面處理。通過零件的拉伸，調(diào)整成型中的參數(shù)。板料較薄需要進(jìn)行延展，分析轉(zhuǎn)角成型的困難情況，依照起皺、破裂問題，確定曲面模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施三維曲面設(shè)計(jì)，提升試驗(yàn)拓展水平，確保成本控制、周期符合施工加工的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 有限元模型的分析與建立

按照薄壁鈑金的加工沖液壓要求，調(diào)整建立數(shù)據(jù)模式。沖壓數(shù)據(jù)模式中，需要確定有限元的方法。根據(jù)DYNAFROM軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，判斷其實(shí)際材料模型，確定BT板料單元。根據(jù)設(shè)定的方案，分析凹模、凸模、立板料等不同的模類型標(biāo)準(zhǔn)。通過數(shù)據(jù)化命令，建立三維模型坐標(biāo)，確保平面零件下的最底面1mm，合成限定的位置設(shè)定形式。采用自動(dòng)化模擬設(shè)置操作，調(diào)整壓力規(guī)定的間隙過程。

板料沖擊液壓過程中，需要根據(jù)壓力大小的變化進(jìn)行分析，調(diào)整壓力間隙，確定保護(hù)罩的設(shè)計(jì)壓力的標(biāo)準(zhǔn)要求。通過零件的間隙大圓角區(qū)域，判斷壓力間隙的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過多次有限元分析優(yōu)化，得出理論模擬調(diào)試最終確定的參數(shù)。按照工藝參數(shù)、壓力間隙，分析板材料的厚度比例關(guān)系。按照液壓的加載路徑，分析使用軟件后實(shí)現(xiàn)的數(shù)字模擬過程，確定模擬壓力范圍，調(diào)整模擬結(jié)果下壓力的路徑關(guān)系。液壓室內(nèi)需要調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象，保持成型過程，調(diào)整鈑金件的成型區(qū)域和標(biāo)準(zhǔn)。按照?qǐng)A角邊緣區(qū)域進(jìn)行起皺現(xiàn)象的記錄分析，盡可能不影響最終的成型。確保成型的安全、無破裂。零件最薄區(qū)域位于混合曲面處，需要調(diào)整主型面的厚度，控制復(fù)雜板材的流動(dòng)性和偏差性，減少體積不均勻的問題，調(diào)節(jié)板料的厚度。按照設(shè)計(jì)成型的允許范圍，確定拌料的最大延展性，時(shí)期符合鋁鎂材料的最大范圍。

4? 模具機(jī)組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

仿真模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)壓力固定比例進(jìn)行分析，確定凸模、凹模的不同壓力方向。根據(jù)雙動(dòng)力壓力機(jī)的模塊標(biāo)準(zhǔn)，確定成型標(biāo)準(zhǔn)階段。根據(jù)液體凹模壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，明確毛坯入凹模的情況，滑動(dòng)壓力模塊，使其板料受力均勻，貼敷在凸模上。凸模施工設(shè)計(jì)尺寸需要根據(jù)零件的最初標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)形式進(jìn)行設(shè)定，保證凸模使用鋼硬度范圍。

鈑金件的尺寸不大，凹模結(jié)構(gòu)需要采用整體縮口模具的設(shè)計(jì)，與其他條件保證一致性。整體模具設(shè)計(jì)更具有抗壓力作用。為了減輕施工凹模的尺寸范圍，調(diào)節(jié)內(nèi)腔小于15mm，凹模的尺寸需要選擇45號(hào)鋼，確保壓強(qiáng)大的情況下無明顯的滲漏現(xiàn)象發(fā)生。壓力圈材料需要使用凹模、硬度進(jìn)行一致分析，明確粗糙度范圍。設(shè)定壓力間隙，最終確定合格標(biāo)準(zhǔn)的鈑金件范圍。

5? 結(jié)語

該文通過有限元數(shù)值模擬方法分析了復(fù)雜薄壁航空鈑金件保護(hù)罩的液壓拉深成型過程，保護(hù)罩使用液壓成形制造工藝可以避免起皺和破裂，成型出合格零件。液壓成形是以凹模充液拉深成型為主要步驟，成型過程中起皺是最大危險(xiǎn)，在背向液體壓力作用下，板料與沖頭之間的摩擦力增大，從而避免了沖頭圓角處板料急劇減薄。且成型過程產(chǎn)生的小鼓包對(duì)板料的后續(xù)成型有預(yù)強(qiáng)化作用，能提高板料成型性。充液拉深工藝在厚度方向壓應(yīng)力和摩擦力的控制具有較好的成型性能。在調(diào)節(jié)板件材料流動(dòng)、控制花型法蘭處金屬的拉入和避免起皺和破裂方面，局部壓邊力的調(diào)節(jié)起到了重要的作用，從而有效提高了制件合格率。

綜上所述，航空薄壁鈑金成形時(shí)采用有限元模擬可以得到理想局部壓邊力和一些工藝參數(shù)的設(shè)置范圍，避免了成形過程的大范圍試錯(cuò)，保證了鈑金件的精確性和可靠性。隨著航空鈑金件對(duì)制造工藝的要求不斷提高，復(fù)雜薄壁鈑金件的成型工藝不斷改進(jìn)，液壓成型基于有限元的分析，對(duì)成型過程進(jìn)行模擬控制，提高工藝對(duì)成型過程把握度，以此，提高航空鈑金件的制造合格率。

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