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

長桁類零件是飛機結(jié)構(gòu)承力件，一般與飛機外蒙皮、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，是影響飛機裝配的開鉚件，因此長桁類零件質(zhì)量、交付進度直接決定了整個項目的成敗。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，如“幾”形截面零件，由于在展開材料計算、成形工藝方法、回彈參數(shù)補償、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)驗和深入研究，導(dǎo)致零件報廢、工裝多次返修、交付周期延長、零件表面質(zhì)量差等情況時有發(fā)生?！皫住毙谓孛媪慵卣鳌皫住毙瘟慵孛鎻?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，閘壓成形時容易出現(xiàn)展開材料計算問題、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、零件報廢率高、零件帶故障交付、零件延遲交付客戶等一系列問題?！皫住毙伍l壓件成形工藝方法設(shè)計“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）時零件越長，其變形量越大，由此帶來的校正難度和校正時間就越長。“幾”形零件淬火變形量與零件熱處理時長度、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間。“幾”形零件熱處理試驗件共19件，長度從500mm依次遞增100mm到2300mm。熱處理試驗時，以下試驗條件均相同：⑴均采用鹽爐淬火，保證零件入水方式、操作方式均相同；⑵同一個人校正，19件試驗件校正工具、校正方法相同；⑶試驗件逐項從冰箱取出，保證在零件校正時塑性相同；⑷零件驗收依據(jù)相同。通過試驗，繪制了“幾”形零件長度與校正時間關(guān)系曲線圖，如圖1所示。圖1“幾”形零件長度與校正時間關(guān)系圖經(jīng)統(tǒng)計，各試驗件校正時間見表1。表1各試驗件校正時間通過驗證試驗找出了不同長度零件成形主要工藝方法的分界點，當(dāng)零件長度L≥1800mm時，采用“一步成形法”；當(dāng)零長度L＜1800mm時，采用常規(guī)二步成形法，此時淬火變形量小，易于校正。零件成形銷釘孔設(shè)計及展開尺寸計算銷釘孔設(shè)計“幾”形零件閘壓成形時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，成形時阻擋了材料流動，成形效果差。同時，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，保證閘壓成形時零件不會側(cè)翻，在保證一端定位的情況下，另一端只需保證板料不會橫向移動即可。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度、提升零件成形及加工質(zhì)量，需對原工藝流程進行優(yōu)化，如圖4所示。圖4改進后的工藝流程展開尺寸計算“幾”形閘壓件展開尺寸計算采用理論計算法和兩段計算法，零件截面尺寸如圖5所示。圖5零件截面尺寸圖⑴理論計算法。零件彎邊按外形展開時，修正值m按下式計算：m=m1+m2式中m1=[2tan-0.01745(90°-M)]Rm2=[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)計算，得出m=3.387mm。⑵兩段計算法。將圖形分為兩部分分別計算展開尺寸，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)計模塊建模并展開，如圖7所示，展開尺寸為94.922mm，較計算出的展開尺寸小0.75mm。圖7建模并展開下料圖形驗證比對結(jié)果顯示，展開圖形的計算結(jié)果基本正確，需在實際生產(chǎn)中進行驗證。選用零件365-53-00-92374-203閘壓模成形，并用其外形樣板進行最終外形檢查，結(jié)果顯示，按計算得出的下料圖形進行下料并成形，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)計模具結(jié)構(gòu)設(shè)計由于零件長度最長達(dá)4.6m，故考慮用工作臺長達(dá)5m的閘壓機PPEB250/50成形零件。又因為“幾”形零件長度L≥1800mm時要求用“一步成形法”，所以零件成形時應(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)計因為需要自行卸料，所以要算出頂件力的大小。以零件長度L=1000mm為例計算，經(jīng)查《飛機鈑金模具設(shè)計手冊》，彎曲力計算公式為：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——材料的抗拉強度（MPa）。經(jīng)計算，彎曲力F=100197N；頂件力=0.3F=30059N。綜合各項數(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時產(chǎn)生4802N載荷，長度1000mm的零件只需布7個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)和加工所用機床。機床改為YJK98S-2000-5025，該機床臺面尺寸5000mm×2500mm，機床有頂桿，直徑50mm，行程400mm，能滿足模具成形要求。凸模采用了整體鑄件