曹顯嶸　蒲瑾

摘 要：雙向曲率曲面零件結(jié)構(gòu)外形復(fù)雜、成型困難。在工程樣車(chē)試制中，若采用整體模具沖壓成型，模具制造費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，工程樣車(chē)的生產(chǎn)成本大幅上升，試制周期延長(zhǎng)。本文對(duì)曲面成型現(xiàn)有主流工藝進(jìn)行了分析，提出了一種針對(duì)雙向曲率曲面零件的分段成型工藝，實(shí)現(xiàn)了雙向曲率曲面零件的合格交付，滿(mǎn)足試制需求。

關(guān)鍵詞：雙向曲率曲面；成型；分段

1.引言

三維曲面零件的曲面按形狀可分為三類(lèi)：柱面，單向曲率曲面以及雙向曲率曲面。其中曲面上任意一點(diǎn)的法線(xiàn)都與一軸垂直的曲面為柱面；曲面上任意一點(diǎn)的法線(xiàn)都是朝向一側(cè)的曲面為單向曲率曲面；曲面上任意一點(diǎn)的法線(xiàn)朝向不同側(cè)的曲面為雙向曲率曲面。圓柱面就是典型的柱面，橢圓拋物面是典型的單向曲率曲面，馬鞍面是典型的雙向曲率曲面。

公司某新型動(dòng)車(chē)組項(xiàng)目中，司機(jī)室左、右蒙皮3屬于雙向曲率曲面零件。由于試制周期短，兩項(xiàng)零件需選擇除了整體模具沖壓成型以外的成型工藝。而在其他常用的曲面成型工藝中，采用滾板機(jī)的滾弧成型，零件成型方向與滾板機(jī)輥軸垂直，因此只適用于加工柱面零件；采用薄板成型機(jī)的曲面成型，零件成型方向朝向一側(cè)，因此只適用于加工單向曲率曲面零件。所以在項(xiàng)目試制中，雙向曲率曲面零件需要一種新的成型工藝。

2. 零件工藝分析

司機(jī)室左、右蒙皮3屬于左右對(duì)稱(chēng)零件，因此本文只針對(duì)左蒙皮3展開(kāi)工藝分析。左蒙皮3零件材料為2mm厚08AL板，橫向和縱向的曲率相反，屬于典型的雙向曲率曲面零件。

采用滾板機(jī)的滾弧加工工藝以及采用薄板成型機(jī)的曲面成型工藝，都無(wú)法滿(mǎn)足左蒙皮3的生產(chǎn)需求。因此本文考慮在左蒙皮3的生產(chǎn)中混合應(yīng)用兩種成型工藝?；旌蠎?yīng)用存在兩種方式：①先薄板成型機(jī)曲面成型，然后滾板機(jī)滾弧；②先滾板機(jī)滾弧，然后薄板成型機(jī)曲面成型。對(duì)方式①進(jìn)行驗(yàn)證（圖5），發(fā)現(xiàn)薄板成型機(jī)曲面成型后，零件的已成型位置在滾弧中有部分被壓平，且在反復(fù)滾弧后出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，零件無(wú)法成型。對(duì)方式②進(jìn)行驗(yàn)證（圖6），發(fā)現(xiàn)滾弧后，零件在薄板成型機(jī)上曲面成型困難，零件成型質(zhì)量差。

綜上驗(yàn)證結(jié)果，方式①容易出現(xiàn)開(kāi)裂，無(wú)法用于生產(chǎn)，方式②成型困難，但有改良空間。因此，本文在方式②的基礎(chǔ)上提出對(duì)零件進(jìn)行分段成型的工藝方案，將雙向曲率曲面拆分成近似單向曲率曲面，降低成型難度。

3零件分段成型工藝

整個(gè)分段成型工藝的流程可編制為：分段下料、曲面成型、調(diào)整拼焊。具體內(nèi)容如下：

3.1分段下料

零件分段的目的是將雙向曲率曲面拆分成近似單向曲率曲面，因此在零件分段時(shí)，應(yīng)選擇彎曲變形小的方向進(jìn)行分段，且分段方向的曲面曲率無(wú)變化或變化較小時(shí)，應(yīng)采用均勻分段，曲率變化較大時(shí)，則應(yīng)采用非均勻分段。

分段數(shù)量越多，每個(gè)分段越接近單向曲率曲面，成型質(zhì)量越高。但是分段數(shù)量的增加，意味著后續(xù)焊縫增加，裝配定位也越復(fù)雜。因此，需綜合考慮以上因素，選擇適宜的分段數(shù)量。

零件橫向的彎曲變形較小而縱向的彎曲變形較大，因此選擇在橫向上進(jìn)行分段。零件從右至左曲率半徑逐漸變大，因此零件采用非均勻分段，分段的寬度從右至左逐漸變大。

左蒙皮3為三維曲面，下料前需繪制左蒙皮3的二維展開(kāi)圖，通過(guò)UG軟件中的“織物展平圖樣”功能，將零件的三維圖展開(kāi)成二維圖。為了便于裝夾、減少應(yīng)力集中、提高成型質(zhì)量，左蒙皮3在實(shí)際下料時(shí)在周邊預(yù)留了至少20mm的余量。

在考慮分段后的拼焊工作量以及滿(mǎn)足每段板料近似單向曲率曲面的基礎(chǔ)上，將左蒙皮3放量圖分五段，按1至5進(jìn)行編碼，并分段進(jìn)行激光下料。板材下料前的平面度越高，零件加工成型速度越快、成型質(zhì)量越好，因此下料前板材需進(jìn)行調(diào)平。

3.2曲面成型

每段板料曲面成型時(shí)，先使用滾弧工藝對(duì)縱向弧度進(jìn)行成型加工。滾弧半徑根據(jù)零件最小曲率半徑164.9mm選擇165mm。然后通過(guò)薄板成型機(jī)KF665，使用球面模PFW 100T對(duì)每段板料進(jìn)行整體曲面成型加工。在整體加工過(guò)程中，模具先以300沖程/分鐘的速度沖壓板料，使板料整體初步成型，再以600沖程/分鐘的速度進(jìn)行光滑曲面加工，以提高零件表面光潔度。模具沖壓板料的位置按近似螺旋形的路線(xiàn)循環(huán)變化，由外圈向中心移動(dòng)，再由中心向外圈移動(dòng)，如此反復(fù)直至最終成型。

3.3調(diào)整拼焊

零件曲面成型后，需檢驗(yàn)其外形尺寸是否合格，并對(duì)不合格的地方進(jìn)行調(diào)整。針對(duì)三維曲面零件復(fù)雜外形難以檢驗(yàn)的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了專(zhuān)用于檢驗(yàn)左蒙皮3的工裝。工裝在設(shè)計(jì)時(shí)，上表面與零件三維模型貼合，因此可通過(guò)觀(guān)察測(cè)量工裝與零件的間隙大小、工裝與零件的邊緣對(duì)齊程度，來(lái)判斷該零件尺寸是否合格。

所有分段成型后，按分段編碼的順序放置于檢驗(yàn)工裝的上表面進(jìn)行檢驗(yàn)，并通過(guò)木錘敲打的方式，縮小零件與工裝的間隙。調(diào)整的時(shí)候按照從零件中心到四周的順序逐步進(jìn)行。

每個(gè)分段調(diào)整合格后，根據(jù)檢驗(yàn)工裝的邊緣進(jìn)行劃線(xiàn)，割除下料前預(yù)留的余量，再進(jìn)行分段間的拼焊。拼焊時(shí)，焊接變形控制是影響成型質(zhì)量的重要因素。為了減少焊接變形，需采取剛性固定的辦法：將每段蒙皮通過(guò)點(diǎn)焊的方式固定在司機(jī)室骨架上，完成左蒙皮3的組焊。

本文在已有設(shè)備和常用工藝的基礎(chǔ)上，提出了一種雙向曲率曲面零件的分段成型工藝。應(yīng)用該工藝進(jìn)行司機(jī)室左、右蒙皮3的試制生產(chǎn)，設(shè)備成本低，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)零件質(zhì)量合格，確保了試制項(xiàng)目的順利完成。