張超/哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責任公司

飛機支架彎曲成型工藝研究

張超/哈爾濱飛機工業(yè)集團有限責任公司

某型機產(chǎn)品支架，選用材料牌號/規(guī)格為Z2CN18-10/G25x1的管材，結(jié)構(gòu)上彎曲段多，由11個彎曲段和10個直線段組成，且為空間彎曲，形狀復雜，成形困難，攻關(guān)組從原材料性能及其結(jié)構(gòu)特征分析入手，利用模擬法及坐標值法結(jié)合對此件進行研制，取得成功。

彈性模量；彈性回跳角；應變剛模量；彎管模；屈服強度

一、前言

某型機是我公司與國外某公司合作的新機型，許多產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上均屬首次生產(chǎn)，本文所述產(chǎn)品支架即為該型機上支架類產(chǎn)品的一個典型零件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復雜，成形困難，對此展開了某型機支架彎曲成形工藝研究。

二、產(chǎn)品技術(shù)要求及工藝分析

（一）產(chǎn)品材料及結(jié)構(gòu)尺寸

1.產(chǎn)品材料。

材料標準：ASNA3041-2876；

材料牌號Z2CN18-10，規(guī)格G25×1，成形性能較好。

機 械 性 能 ：σP0.2≥210MPa、500MPa≤Ram≤650 MPa、130≤HRC≤190；

2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸。

圖一 支架產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸圖

由圖一可見，該產(chǎn)品11個彎曲段，半徑分別為63mm、50mm和100mm。最小的彎曲半徑僅為兩倍管材直徑。

（二）產(chǎn)品制造的關(guān)鍵技術(shù)及制造難點

根據(jù)圖一中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸分析，該產(chǎn)品在制造過程中主要應解決彎曲回彈和半徑過小的難題，總結(jié)制造難點及關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.兩彎曲段之間直線段過短。根據(jù)航標規(guī)定，該產(chǎn)品理論最小直線段距離為75mm，從側(cè)視圖看，該產(chǎn)品兩個R50之間的直線段僅為12.5mm，遠遠小于理論值。該直線段為彎曲成形階段的夾持段，該段過短，夾緊力不夠，無法獲得所需形變，增加成形難度；

2.彎曲半徑過小。航標規(guī)定，標準的彎曲半徑為管材直徑的3倍，至少應為2.5倍，彎曲半徑過小，管壁外側(cè)易出現(xiàn)裂紋甚至破裂的缺陷，但該產(chǎn)品R50mm的彎曲半徑僅為管材直徑φ25mm的2倍，增加了彎曲成形的難度；

3.彎曲回彈的確定。彎曲回彈，是不能避免的必然現(xiàn)象，而產(chǎn)品的彎曲回彈量，為設(shè)計彎曲工裝的主要依據(jù)。

三、主要工藝試驗及攻關(guān)

彎曲回彈的確定試驗：

任何管件的彎曲過程中都存在著塑性變形和彈性變形，外載荷卸去后，塑性變形保留下來，彈性變形得以恢復。因此要準確確定零件的成形尺寸，必須知道管材的彎曲回彈量。

管材回彈：

彈性回跳角：

σS--材料屈服極限

E--彈性模量

F--應變剛模量

ρ′--卸載后中性層殘留彎曲半徑

ρ--加載時中性層彎曲半徑

D0--管子外徑

do--管子內(nèi)徑

d--管子平均直徑 d=（D0+do）/2

S0--管子壁厚

ρ--加載時中性層相對彎曲半徑ρ=ρ/D0

θ--卸載前管子彎曲夾角

Δθ--彈性回跳角

從上面的公式中得知，材料的機械性能（σs、E、F）、管件的幾何尺寸（D0、d、S0）、回彈角都可以影響管件回彈。上述所示回彈公式為我們設(shè)計彎曲工裝提供了依據(jù)?；貜椊堑拇笮。c材料種類、軟硬狀態(tài)、紋路方向、模具幾何參數(shù)、彎角大小、彎曲半徑及材料厚度等有關(guān)。雖然一些常見材料的的彎曲回彈值，通過查找相關(guān)資料能夠直接得出，但由于影響回彈的因素很多，對一種情況，預估出很精準的回彈值是不可能的，在大多數(shù)情況下，預估出近似的回彈值，并根據(jù)其修理彎曲工裝（一般是減少模具角度或彎曲半徑，或兩者兼用，或采取其它對消回彈角的模具設(shè)計）。綜上，對于該產(chǎn)品來說，主要的工藝試驗為產(chǎn)品彎曲時回彈值的確定。

四、產(chǎn)品分析及試制

如圖一，支架本身為左右對稱的彎曲件，我們可以先對支架產(chǎn)品單側(cè)結(jié)構(gòu)進行成形順序分析。

按照上述分析的產(chǎn)品制造關(guān)鍵點，可將產(chǎn)品單側(cè)生產(chǎn)過程簡化成以下四步①解決連續(xù)在數(shù)控彎管機上彎曲的問題；②解決彎曲半徑過小，防止裂紋；③確定工裝的回彈；④解決直線段尺寸小的問題。

1.確定工裝的回彈。回彈的最終確定要通過試彎確定，程序如下：a.依據(jù)理論回跳值制造彎曲模具，按照模具對管材試彎，測量試件彎曲半徑及彎曲角度；b.將測量值與產(chǎn)品數(shù)模進行對比；c.如若試件合格確定回跳值，如若不合格，修正回跳角，返修彎管模，進行上面a、b流程，按上多次反復制出合格試件，確定最終回跳值。

對應材料Z2CN18-10，查找相應材料手冊，找出公式中相應的各量值，計算得出回彈半徑理論值彎曲半徑（彎曲半徑R63 mm、R50 mm、R100 mm的理論回彈半徑值相應為R61.7 mm、R48 mm、R98.9 mm），以此為依據(jù)，設(shè)計管材彎曲工裝，按照上述流程圖的制造流程進行多次試驗、測量，確定彎曲的實際回彈半徑值，依次為R62.7 mm、R49.5 mm、R99.3 mm。

2.彎曲半徑過小，防止裂紋。對于該問題，我們進行了多次試驗，空心彎曲、加芯棒彎曲，都不理想，特別是空心彎曲，出現(xiàn)了裂紋。最終，我們在管腔內(nèi)部灌注低熔點合金，灌注低熔點合金后整個管體相當于一個鋼棒，彎曲時不易出現(xiàn)裂紋，管材內(nèi)腔有低熔點合金支撐而限制變形，加工性能大大提高，還避免了彎曲部分的變扁和起皺現(xiàn)象。

3.直線段尺寸小。對于該問題，在工裝設(shè)計時，把夾塊和彎管模以直線段為準向兩端沿著R（彎曲方向）延長，由原來的直線段夾緊改為直線段和彎曲段共同夾緊，增大夾持力，實現(xiàn)彎曲。

4.在數(shù)控彎管機上連續(xù)彎曲。首先，我們進行分段彎曲，把每一段以形體工裝為準焊接在一起，用激光測量機測出整體坐標值，把坐標值輸入數(shù)控彎管機，進行對管體的連續(xù)彎曲（這里我們也參考了從數(shù)模上下載的理論坐

五、產(chǎn)品制造

經(jīng)過產(chǎn)品的分析和試制，確定了彎曲工裝的結(jié)構(gòu)和彎曲半徑，攻關(guān)組在數(shù)控彎管機上經(jīng)過了多次反復試驗，最終制造出符合產(chǎn)品數(shù)模的產(chǎn)品。

[1]《航空導管加工》國防工業(yè)出版社.

[2]《材料力學》哈爾濱工業(yè)大學.

[3]《理論力學》上海科技出版社.