飛機(jī)鈑金零件的沖壓加工工藝設(shè)計(jì)

由博

(吉林化工學(xué)院 航空工程學(xué)院，吉林 吉林132021)

1 概述

對于飛機(jī)零件而言，數(shù)量最多的就是鈑金零件，這類零件的制造普遍采用沖壓加工方法，因此沖壓加工就成為了飛機(jī)鈑金零件的主要加工方法。對飛機(jī)鈑金零件的加工要求是尺寸精度適中，但表面質(zhì)量好。沖壓加工能達(dá)到的精度等級在IT9 級到IT6 級之間，能夠滿足飛機(jī)鈑金零件的尺寸精度要求。沖壓加工所用模具凸凹模的工作部分表面質(zhì)量很高，可以保證制件的表面質(zhì)量。因此，本文通過分析某型飛機(jī)托架的沖壓加工工藝性，并進(jìn)行必要的工藝計(jì)算，從而制定最終工藝方案，為最終實(shí)現(xiàn)該零件的沖壓加工提供理論基礎(chǔ)。

2 托架的沖壓加工工藝性分析

圖1 托架

托架的結(jié)構(gòu)尺寸如圖所示，其厚度為2mm，所用材料為08鋼，生產(chǎn)批量為大批量，要求零件表面不能有劃痕、孔不能嚴(yán)重變形。

零件圖是制定零件沖壓工藝的重要依據(jù)，在制定工藝前要對零件圖進(jìn)行詳細(xì)分析，該分析主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面判斷零件的工藝性。經(jīng)濟(jì)分析指的是分析沖壓零件的生產(chǎn)批量和沖壓加工經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系。技術(shù)分析指的是分析沖壓零件加工的難易程度。通過對托架零件圖進(jìn)行分析可知，該零件生產(chǎn)批量足夠，所需材料的種類、厚度、尺寸及表面質(zhì)量要求皆適合沖壓加工。

在對零件圖進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，選擇相應(yīng)的沖壓工序。可選沖壓工序有很多，但其中最基本的沖壓工序包括沖裁、彎曲、拉深，之所以稱它們?yōu)樽罨镜臎_壓工序，是因?yàn)槊總€(gè)沖壓零件在加工過程中，至少會(huì)用到其中一種。根據(jù)托架結(jié)構(gòu)可知，托架的加工需要用到的沖壓工序主要有剪切、沖孔、落料和彎曲。

在確定零件的沖壓工序后，需要確定沖壓工序順序。托架的沖壓工序順序是先下料、再?zèng)_孔和落料、后彎曲和校正、再次沖孔。

由于大部分沖壓零件通常需要多道工序加工才能完成，因此在確定工藝方案時(shí)需考慮工序組合問題。在綜合考慮零件結(jié)構(gòu)形狀、模具性價(jià)比的基礎(chǔ)上，確定托架的工序組合程度如下：下料采用單工序模完成、沖兩個(gè)φ5 孔和獲得托架外形尺寸應(yīng)采用沖孔落料復(fù)合模完成、彎曲和校正采用單工序模完成、兩個(gè)φ7 孔采用單工序模完成。

在確定主要工序之后，需確定托架沖壓輔助工序。托架需要的輔助工序包括去毛刺、熱處理和表面處理。

3 托架沖壓加工工藝計(jì)算

托架沖壓加工工藝計(jì)算主要包括坯料尺寸計(jì)算、排樣和沖壓力計(jì)算。坯料尺寸計(jì)算具體過程如下：

坯料尺寸L=2×26+2×6+19+4×π/2×4=108.12mm。

根據(jù)零件的外形，確定托架的排樣為單排。取長度方向搭邊值為2.8mm，寬度方向搭邊值為2.4mm，則側(cè)條料寬度和步距的具體計(jì)算過程如下：

側(cè)條料寬度B=108.12+2×2.8=113.72mm；

步距s=35+2.4=37.4mm。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，確定板料尺寸為2mm×950mm×2000mm。

托架采用單排方式排樣時(shí)，可選用縱向單排或橫向單排，兩種單排方法各自的材料利用率計(jì)算如下：

縱排：

每板條料數(shù)n1=2000/113.72=17 條，余66.76mm；

每條制件數(shù)n2=950/37.4=25 件；

余料制件數(shù)n3=66.76×25/113.72=14 件；

總制件數(shù)n= n1×n2+ n3=439 件；

材料利用率η=439×(35×108.12-2π×2.52-2π×3.52)/(950×2000)=85.34%。

橫排：

每板條料數(shù)n1=950/113.72=8 條，余40.24mm；

每條制件數(shù)n2=2000/37.4=53 件；

余料制件數(shù)n3=41.2×53/113.72=18 件；

總制件數(shù)n= n1×n2+ n3=442 件；

材料利用率η=442×(35×108.12-2π×2.52-2π×3.52)/(950×2000)=84.75%。

由上述計(jì)算可知，縱排時(shí)材料利用率相對較高，但橫排時(shí)板料的彎曲性能更好，由于托架材料為08 鋼，可塑性強(qiáng)，因此為進(jìn)一步降低成本，選擇縱排。

根據(jù)托架沖壓加工所需工序可知，托架的沖壓力主要包括沖裁力、卸料力、推件力、彎曲力，各力的具體計(jì)算過程如下：

沖2-φ5 孔和落料復(fù)合：

沖 裁 力 F=1.3Ltτ=1.3 ×(2 ×35+2 ×102+4π) ×2 ×260=193715N

卸料力F卸=K卸×F=0.05×193715=9686N

推件力F推= nk推×F=3×0.055×193715=31963N

鈑金沖壓力 F總= (F+ F卸+ F推)=(193715+9686+31963)=235364N

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果選用300kN 的壓力機(jī)。

彎曲和校正：

自由彎曲力 F自=0.7Kbt2/ (r+t) ×σb=0.7×1.3×35×22/(3+2) ×338=8612

校正彎曲力F校=Ap=(87×35)×80=243600N

彎曲和校正沖壓力 F總= ( F自+ F校)=(8612+243600)=252212N

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果選用300kN 的壓力機(jī)。

沖2-φ7 孔：

沖裁力F=1.3Ltτ=1.3×2×7π×2×260=29717N

推件力F推= Nk推×F=3×0.05×50943=4458N

鈑金沖壓力F總=F+ F推=29717+4458=34175N

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果選用100kN 的壓力機(jī)。

4 結(jié)論

托架的完整工藝方案如下：

通過制定托架的沖壓工藝方案，可知飛機(jī)鈑金零件沖壓加工工藝的流程包括分析零件圖、確定沖壓工序的種類和順序、模具類型的選擇及最終工藝方案的確定。這是飛機(jī)鈑金零件沖壓加工工藝制定的基本方法。在實(shí)際應(yīng)用中，上述方法應(yīng)根據(jù)工作需要靈活運(yùn)用，使飛機(jī)鈑金零件滿足加工要求。