陳雨

蘇州長(zhǎng)風(fēng)航空電子有限公司 江蘇蘇州 215000

1 序言

封閉零件的彎曲通常需要采用兩道以上的工序來(lái)完成，在沖壓加工中常手工卸料或通過(guò)氣缸卸料。封閉零件一次成形可以減少工序數(shù)量和模具數(shù)量，有利于提高工效和制品精度，降低生產(chǎn)成本。

2 半封閉殼體結(jié)構(gòu)及工藝分析

航空零件中，有很多半封閉的殼體用于儀表或放大器的裝配。某放大器的半封閉式殼體零件如圖1所示，其材料為3A21防銹鋁板，料厚t＝2mm，主要結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的。從圖樣的相關(guān)尺寸精度要求可知，零件的外形、內(nèi)腔及孔的定位尺寸在精度上要求不高，達(dá)到IT10級(jí)即可，零件的內(nèi)彎曲半徑R為2mm，且允許材料局部變薄30%。

從零件結(jié)構(gòu)上看，該殼體是一個(gè)五面全封閉、第六個(gè)面也并非敞開(kāi)式的半封閉結(jié)構(gòu)，在第一道彎曲完成后，還要對(duì)第六個(gè)面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行彎曲（見(jiàn)圖2）。由圖1中的彎曲尺寸來(lái)看，第一道彎曲成形難度不大，但第二道彎曲翻邊部分尺寸小且存在彎曲后模具無(wú)法脫出的問(wèn)題。此外，該零件在彎曲完成后，還需要進(jìn)行大量的孔加工，因此必須保證彎曲結(jié)構(gòu)的尺寸。第二道彎曲處的H/D≈1.5（其中H為彎曲高度，約為6mm；D為彎曲直徑，約為4mm），翻邊彎曲的難度較大，尤其是翻邊半徑與翻邊高度相近，使得成形處結(jié)構(gòu)很容易產(chǎn)生拉裂，因此須做好必要的工藝處理。同時(shí)，由于上部與相鄰的直角彎曲成形部分較短，且另一邊是開(kāi)放的，因此其對(duì)多余三角形所施加的切向力不大，即圓角部分多余的材料并不是完全按純拉伸時(shí)的徑向流動(dòng)。相反，由于切向缺少材料約束，材料以橫向流動(dòng)為主，所以大大改善了材料變形情況，使其能夠一次翻邊成形。

3 半封閉殼體沖壓工藝分析

（1）工藝流程 殼體主要加工工藝流程見(jiàn)表1。殼體加工共有10道工序，其中主要成形工序?yàn)榫€切割和兩道彎曲。由于該零件為左右對(duì)稱件，展開(kāi)后的形狀相對(duì)不復(fù)雜，因此沒(méi)有選擇落料模加工外形，而是主要采取線切割和化學(xué)腐蝕的加工方法，很好地保證了加工精度及材料刃口處的強(qiáng)度。在完成展開(kāi)外形后，需要進(jìn)行兩次彎曲，有3個(gè)邊需要彎曲，其中第一道彎曲完成零件4條長(zhǎng)邊的彎曲，彎曲成形后零件如圖3所示；第二道彎曲部位為頂部的半封閉部位，彎曲完成后零件如圖4所示。

殼體在完成第一次彎曲后會(huì)因變形導(dǎo)致尺寸不穩(wěn)定，第二次半封閉部位的彎曲就會(huì)因此產(chǎn)生定位偏差的問(wèn)題。彎曲完成前后要對(duì)殼體進(jìn)行方孔和安裝孔的加工，此時(shí)需要以外形進(jìn)行定位。因此，在第一次彎曲、焊接成形和去除焊瘤后，需要設(shè)計(jì)模具對(duì)其進(jìn)行整形處理。殼體加工中共需要3副模具，除了第一次和第二次的彎曲模具，還有后續(xù)的整形模具，才能實(shí)現(xiàn)完整的沖壓成形。

圖1 半封閉式殼體零件

圖2 殼體三維數(shù)模

（2）殼體展開(kāi)毛坯形狀和尺寸的確定 由于殼體需要經(jīng)過(guò)兩次彎曲成形，作為彎曲外形尺寸的首要保證，展開(kāi)尺寸的正確計(jì)算十分重要，所以第二道彎曲時(shí)的缺口部分必須考慮在內(nèi)。在確定好展開(kāi)的毛坯外形后，利用公式計(jì)算出外形尺寸，必要時(shí)可以通過(guò)試彎的方法確定最終的展開(kāi)尺寸。

圖3 首次彎曲成形

表1 殼體主要加工工藝流程

圖4 二次彎曲成形

最終成形的形狀合理，其彎曲成形部分按常規(guī)彎曲件毛坯尺寸的計(jì)算方法計(jì)算即可。本零件彎曲角度均為90°，則毛坯和展開(kāi)長(zhǎng)度為：

式中，L為毛坯總長(zhǎng)度（mm）；l1、l2為直邊長(zhǎng)度（mm）；r為彎曲半徑（mm）；x為中性層位移系數(shù)，可根據(jù)表2查?。籺為毛坯厚度（mm）。

表2 中性層位移系數(shù)x值

該殼體零件厚度t＝2mm，彎曲半徑r＝2mm，因此中性層位移系數(shù)x＝0.32，根據(jù)殼體產(chǎn)品圖及展開(kāi)圖，計(jì)算出每段的展開(kāi)長(zhǎng)度。此外，根據(jù)鈑金彎曲要求，在4條邊需要彎曲的部位設(shè)計(jì)了工藝孔4×φ1.5mm，最終得出的展開(kāi)圖如圖5所示。

圖5 殼體毛坯展開(kāi)

4 半封閉殼體沖壓模具設(shè)計(jì)

半封閉殼體零件成形的主要工序需要3副模具來(lái)完成，包括主要結(jié)構(gòu)的彎曲模具和整形模具，以及封閉處的彎曲模具。

（1）彎曲模具設(shè)計(jì) 殼體的整體結(jié)構(gòu)彎曲為第一道彎曲，需要借助彎曲模具進(jìn)行。圖6所示為雙向彎曲模具結(jié)構(gòu)，需要結(jié)合專用設(shè)備進(jìn)行裝夾，模具主要結(jié)構(gòu)為彎曲型胎10，其四個(gè)面為彎曲定位面，在彎曲過(guò)程中，使用壓板2上的孔進(jìn)行定位，接著對(duì)四條邊進(jìn)行彎曲。夾持塊9為圓柱形，彎曲中將該部位固定在虎鉗上，每個(gè)沖壓過(guò)程可以完成一條邊的彎曲，圓柱結(jié)構(gòu)可以保證彎曲的四條邊隨意轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而確保一次彎曲到位。

彎曲型胎10的材料為CrWMn，熱處理方式為淬火至50～55HRC，確保零件的硬度要求，防止零件斷裂；表面處理技術(shù)為Ct.O（表面發(fā)黑氧化處理）；型胎為整體型結(jié)構(gòu)，外表面粗糙度值要求達(dá)到0.8μm。因此先采取銑床加工，再線切割慢走絲加工，同時(shí)外形四周加工出15′回彈角，在試模過(guò)程中回彈角可由工磨進(jìn)行修整。模具裝配時(shí)要控制好壓板2與彎曲型胎10之間的間隙，間隙數(shù)值一般為1.1t（t為殼體的厚度值）。夾板上的螺孔為保證裝夾的精準(zhǔn)度，應(yīng)與壓板配做。

圖6 殼體彎曲型胎

（2）整形模具設(shè)計(jì) 殼體彎曲完成后，尺寸校正還需借助整形模具（見(jiàn)圖7），整形在63t液壓機(jī)上進(jìn)行。該模具在沖壓過(guò)程中，可以通過(guò)脹形的方式，保證殼體內(nèi)腔尺寸的一致性。模具分為三大部分，脫料板3、定位板6和支腳7安裝在機(jī)床的下半部分，殼體放在定位板中。整形時(shí)，型胎2放在殼體頂端，接著上模在液壓機(jī)滑塊的作用下，推動(dòng)手柄13及托板12向下運(yùn)動(dòng)，使得型胎在外力作用下全部緩慢進(jìn)入殼體中，上模繼續(xù)下行運(yùn)動(dòng)，直至達(dá)到殼體的深度時(shí)，零件就會(huì)在插板1的作用下自然地從脫料板中脫出。

模具在設(shè)計(jì)中，要求脫料板3與定位板6組裝后能保證內(nèi)腔中心重合，脫料板3與支腳7裝配后，支腳7的四個(gè)底腳面必須齊平。整形模具的主體部位為型胎，結(jié)構(gòu)為整體型，為了增加強(qiáng)度，材料采用T7A碳素工具鋼，熱處理淬火至50～55HRC，表面處理技術(shù)為Ct.O。為了使整形零件順利脫模，外表面粗糙度值要求達(dá)到0.8μm，故其外形尺寸粗加工采用數(shù)銑加工，熱處理淬火至50～55HRC后，最終成形尺寸由磨床保證。其余板類零件絕大多數(shù)使用的材料為45鋼，熱處理要求為30～35HRC，表面處理方式為Ct.O，為了保證不破壞整形零件的外觀，托板選用夾布膠木板。

圖7 殼體整形模具

定位板6、脫料板3上銷孔與型腔加工時(shí)保證位置一致，模具裝配時(shí)采用定位銷與螺釘相結(jié)合的方式，保證脫料板3與定位板6組合后內(nèi)腔中心重合。支腳和手柄主要采取數(shù)車加工，長(zhǎng)度尺寸可以在裝配后進(jìn)行修正。

（3）半封閉處二次彎曲模具 半封閉部位為殼體彎曲加工的難點(diǎn)，圖8為二次彎曲型胎，主要完成殼體剩余封閉部分的彎曲。為了保證彎曲完成后型胎可以從半封閉的型腔中脫落出來(lái)，設(shè)計(jì)時(shí)將彎曲模具設(shè)計(jì)成哈夫結(jié)構(gòu)——最中心部分為固定的斜楔，型胎其他部分與之配合，在型胎各部分上設(shè)計(jì)M8螺釘孔，便于取出。彎曲時(shí)，在殼體內(nèi)首先放入墊塊，然后依次放入型胎和斜楔，再由鉗工進(jìn)行彎曲；彎曲完成后，首先拆除斜楔部位，給型胎其他部分留出空位，再分別取出。

圖8 半封閉處二次彎曲模具

圖8中模具件2～6使用的材料均為T7A，熱處理要求為50～55HRC，保證零件拆卸的硬度；墊板1使用普通的45鋼。模具在加工時(shí)，型胎和斜楔由線切割加工完成，以保證組合精度。模具裝配修整時(shí)制作基礎(chǔ)板，利用M8的螺釘孔組成整體件，對(duì)各型胎進(jìn)行外形尺寸的修整，保證型胎尺寸為198mm×95.7mm×106mm并滿足其公差要求。修整完成后各型胎按圖示位置打刻A、B、C、D標(biāo)記，便于使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的殼體為半封閉形式，通過(guò)合理的工藝安排，設(shè)計(jì)相應(yīng)的模具，避開(kāi)了彎曲的干涉問(wèn)題，完成了封閉形零件的加工，為今后類似結(jié)構(gòu)鈑金件的制作提供了借鑒。