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        基于復(fù)雜截面的長桁類零件閘壓成形技術(shù)研究與應(yīng)用

        2023-12-18 06:28:32陳東東王海玲周楨良宮鵬軍鄧銳成都飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
        鈑金與制作 2023年11期
        關(guān)鍵詞:凹模凸模校正

        文/陳東東,王海玲,周楨良,宮鵬軍,鄧銳·成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司

        長桁類零件是飛機(jī)結(jié)構(gòu)承力件,一般與飛機(jī)外蒙皮、地板梁裝配連接。一般長桁類零件長度尺寸大,以某型客改貨飛機(jī)零件為例,最長達(dá)4.6m,零件外形尺寸要求精度高、截面復(fù)雜,是影響飛機(jī)裝配的開鉚件,因此長桁類零件質(zhì)量、交付進(jìn)度直接決定了整個(gè)項(xiàng)目的成敗。

        閘壓成形廣泛用于鈑金零件成形,如單曲度蒙皮零件(機(jī)翼前緣蒙皮、尾翼前緣蒙皮),板料折彎成形的零件(V形、U形、Z形等簡單截面),這些零件截面簡單。當(dāng)成形復(fù)雜零件時(shí),如“幾”形截面零件,由于在展開材料計(jì)算、成形工藝方法、回彈參數(shù)補(bǔ)償、模具間隙、閘壓模具結(jié)構(gòu)等方面并沒有積累相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和深入研究,導(dǎo)致零件報(bào)廢、工裝多次返修、交付周期延長、零件表面質(zhì)量差等情況時(shí)有發(fā)生。

        “幾”形截面零件特征

        “幾”形零件截面復(fù)雜,裝配要求高,零件成形需借用閘壓模具閘壓成形。零件長度長達(dá)1~4.6m,閘壓成形時(shí)容易出現(xiàn)展開材料計(jì)算問題、零件定位困難、成形后取件困難、成形后高度超差、淬火變形量大、校正量大等一系列問題,直接導(dǎo)致工裝多次返修、零件報(bào)廢率高、零件帶故障交付、零件延遲交付客戶等一系列問題。

        “幾”形閘壓件成形工藝方法設(shè)計(jì)

        “幾”形零件成形工藝方法分為“一步成形法”和“二步成形法”,一步成形法工藝流程為:熱處理-滾平-成形,二步成形法工藝流程為:預(yù)成形-熱處理-成形-校正,相較于二步成形法,一步成形法校正量小。由于熱處理(淬火)時(shí)零件越長,其變形量越大,由此帶來的校正難度和校正時(shí)間就越長?!皫住毙瘟慵慊鹱冃瘟颗c零件熱處理時(shí)長度、入槽方式及操作方式均有關(guān)系,無法通過Pamstamp、Dynaform等仿真軟件模擬分析變形量及校正時(shí)間。

        “幾”形零件熱處理試驗(yàn)件共19件,長度從500mm依次遞增100mm到2300mm。熱處理試驗(yàn)時(shí),以下試驗(yàn)條件均相同:

        ⑴均采用鹽爐淬火,保證零件入水方式、操作方式均相同;

        ⑵同一個(gè)人校正,19件試驗(yàn)件校正工具、校正方法相同;

        ⑶試驗(yàn)件逐項(xiàng)從冰箱取出,保證在零件校正時(shí)塑性相同;

        ⑷零件驗(yàn)收依據(jù)相同。

        通過試驗(yàn),繪制了“幾”形零件長度與校正時(shí)間關(guān)系曲線圖,如圖1所示。

        圖1 “幾”形零件長度與校正時(shí)間關(guān)系圖

        經(jīng)統(tǒng)計(jì),各試驗(yàn)件校正時(shí)間見表1。

        表1 各試驗(yàn)件校正時(shí)間

        通過驗(yàn)證試驗(yàn)找出了不同長度零件成形主要工藝方法的分界點(diǎn),當(dāng)零件長度L≥1800mm時(shí),采用“一步成形法”;當(dāng)零長度L<1800mm時(shí),采用常規(guī)二步成形法,此時(shí)淬火變形量小,易于校正。

        零件成形銷釘孔設(shè)計(jì)及展開尺寸計(jì)算

        銷釘孔設(shè)計(jì)

        “幾”形零件閘壓成形時(shí)一度面臨無法定位的問題,在研制初期,通過下料、零件成形時(shí)自由定位、閘壓成形后,再通過普通銑床銑切外形,其工藝流程如圖2所示。

        圖2 工藝流程

        采用自由定位,毛坯寬度尺寸較大,成形時(shí)阻擋了材料流動(dòng),成形效果差。同時(shí),采用自由定位方式在閘壓成形后需增加普通銑床銑切,由于零件截面較復(fù)雜,裝夾不穩(wěn)定,易劃傷零件表面。

        創(chuàng)新定位方法,采用“一端圓孔、一端長圓孔”定位方法,如圖3所示,保證閘壓成形時(shí)零件不會(huì)側(cè)翻,在保證一端定位的情況下,另一端只需保證板料不會(huì)橫向移動(dòng)即可。

        圖3 一端圓孔、一端長圓孔”定位方法

        為減少成形后零件的外形加工強(qiáng)度、提升零件成形及加工質(zhì)量,需對(duì)原工藝流程進(jìn)行優(yōu)化,如圖4所示。

        展開尺寸計(jì)算

        “幾”形閘壓件展開尺寸計(jì)算采用理論計(jì)算法和兩段計(jì)算法,零件截面尺寸如圖5所示。

        圖5 零件截面尺寸圖

        ⑴理論計(jì)算法。

        零件彎邊按外形展開時(shí),修正值m按下式計(jì)算:

        m=m1+m2

        式中 m1=[2tan-0.01745(90°-M)]R

        m2=[2tan-0.01745R(90°-M)]δ

        其中 M——彎邊斜角值(°);

        R——彎曲內(nèi)半徑(mm);

        δ——零件材料厚度(mm);

        經(jīng)計(jì)算,得出m=3.387mm。

        ⑵兩段計(jì)算法。

        將圖形分為兩部分分別計(jì)算展開尺寸,如圖6所示。

        圖6 兩段式圖形

        L=L1+L2=[(H/cosM)-m]×2=[(21.5-3.387)×2+26.06]+[16.693×2]=62.286+33.386=95.672mm

        在CATIA中鈑金設(shè)計(jì)模塊建模并展開,如圖7所示,展開尺寸為94.922mm,較計(jì)算出的展開尺寸小0.75mm。

        圖7 建模并展開

        下料圖形驗(yàn)證

        比對(duì)結(jié)果顯示,展開圖形的計(jì)算結(jié)果基本正確,需在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行驗(yàn)證。選用零件365-53-00-92374-203閘壓模成形,并用其外形樣板進(jìn)行最終外形檢查,結(jié)果顯示,按計(jì)算得出的下料圖形進(jìn)行下料并成形,可滿足零件的最終尺寸要求。

        工裝模具結(jié)構(gòu)及具體設(shè)計(jì)

        模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        由于零件長度最長達(dá)4.6m,故考慮用工作臺(tái)長達(dá)5m的閘壓機(jī)PPEB250/50成形零件。又因?yàn)椤皫住毙瘟慵L度L≥1800mm時(shí)要求用“一步成形法”,所以零件成形時(shí)應(yīng)該采用彎曲模結(jié)構(gòu),并用頂件器把零件平穩(wěn)頂出模具。但閘壓機(jī)PPEB250/50沒有卸料裝置,所以只有靠模具自行卸料來代替頂件器的功能。

        閘壓模具具體設(shè)計(jì)

        因?yàn)樾枰孕行读?,所以要算出頂件力的大小。以零件長度L=1000mm為例計(jì)算,經(jīng)查《飛機(jī)鈑金模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》,彎曲力計(jì)算公式為:F=(0.7KWt2Rm)/(r+t)

        其中 F——彎曲力(N);

        K——安全系數(shù),一般取1.3;

        W——彎曲件的寬度(彎曲線長度)(mm);

        t——彎曲件的厚度(mm);

        r——彎曲件的內(nèi)彎曲半徑(mm);

        Rm——材料的抗拉強(qiáng)度(MPa)。

        經(jīng)計(jì)算,彎曲力F=100197N;頂件力=0.3F=30059N。

        綜合各項(xiàng)數(shù)據(jù)后選擇扁線螺旋彈簧中極重載荷用彈簧,每根彈簧外徑35mm,自由長度150mm,壓縮量為30mm時(shí)產(chǎn)生4802N載荷,長度1000mm的零件只需布7個(gè)彈簧就能滿足卸料要求。

        零件成形精度高,彎曲間隙直接選為料厚尺寸t,但是考慮零件取出方便,凸模與凹模之間間隙修正為(t+0.1)mm。實(shí)際生產(chǎn)過程中,除了最長4.6m零件外,其余零件均成功生產(chǎn)出合格零件。

        經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),生產(chǎn)最長4.6m零件的模具,凸模和凹模均產(chǎn)生變形,變形量約2mm,造成凸模和凹模不能正常工作。為了解決變形問題,決定改變工裝結(jié)構(gòu)和加工所用機(jī)床。機(jī)床改為YJK98S-2000-5025,該機(jī)床臺(tái)面尺寸5000mm×2500mm,機(jī)床有頂桿,直徑50mm,行程400mm,能滿足模具成形要求。

        凸模采用了整體鑄件結(jié)構(gòu),大大加強(qiáng)了凸模剛度,如圖8所示,基本沒有變形生成。凹模采用了分塊結(jié)構(gòu),如圖9所示,有效避免了變形的產(chǎn)生。凹模下面懸空部分還增加了支撐桿,增加了凹模的剛度,防止了變形的產(chǎn)生。通過模具改進(jìn),最終制造出了滿足要求的零件。

        圖8 閘壓模具凸模示意圖

        圖9 閘壓模具凹模示意圖

        古稱云夢(mèng)、九江和重湖,處于長江中游荊江南岸,跨岳陽、汨羅、湘陰、望城、益陽、沅江、漢壽、常德、津市、安鄉(xiāng)和南縣等縣市

        中華地理

        那些年李白詩歌代言的地方

        05

        洞庭湖

        現(xiàn)名 洞庭湖

        省份湖北

        榮譽(yù)稱號(hào): 八百里洞庭

        點(diǎn)名金句: 洞庭西望楚江分 水盡南天不見云

        優(yōu)選景點(diǎn): 岳陽樓 君山 南湖 東洞庭湖

        輕解淺析: 古是第一澤 名定湖中山 一湖為三分 東南西三部

        岳陽樓東臨 南擁二四泊 黃金水面西 名貴淡魚肥

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