航空复杂钣金构件支叉管充液成形技术研究

航空复杂钣金构件支叉管充液成形技术研究

刘电生

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司  黑龙江省哈尔滨市  150066

摘要：轻量化、整体化是航空、航天行业和空间领域的研究和发展的主要方向之一，基于飞机结构的轻型和强有力的设计概念，飞机使用大量薄钢板部件。为了尽可能降低飞机的飞行阻力，飞机的所有强度部件都必须蒙上外壳，因此飞机内部有许多不同形状和复杂形状的部件。大多数这些钣金件都是通过橡皮囊液压成形和压力成形过程制造的。这些技术大多用于加工具有平面(或弹性较弱的曲面腹板)、具有简单弯曲边或扭转孔的零件，或取代部分自由下落造型。但是，复杂曲面元素的加工必须通过压力成型工艺或基于压力成形的复合工艺进行。液压成形是一种非常典型的，可代替传统的航空钣金件成形过程的工艺方法，它具有设备简单、易于使用和加工形状复杂、曲面变化迅速等优点，但也存在严重噪音污染、模具修复量大、不稳定性等缺陷。

关键词：复杂钣金构件；充液成形；研究；

引言

随着中国航空行业的快速发展，客户对飞机性能的要求越来越高，航空器钣金零部件逐步走向一体化、规模化和轻量化，对零件的过程提和加工质量出了更高的要求。随着时间的推移，各大主机厂都采用了机械加工为主，辅之以手工校正处理零件，但零件的实际质量和效率无法满足实际需要。为此目的，各研究所、大学和企业正在积极研究航空钣金件成形原理、有限元数值模拟分析、新方法的开发和创新。深入研究了液压成形技术在复杂薄壁飞行器整体上的应用；积极研究新的工艺，成功地将冲压成型工艺应用于复杂的口腔盒型钣金件。

1技术现状

本研究以大型机机箱盖板为对象，如图1所示，其中零件原点由2024-O铝质厚度为1.2毫米的铝质材料组成，并带有铝质挡板。十字槽的形状为1000mm×500mm×100mm×100mm，是一个双曲零件，具有数个对称强化环和十多个形状轻、小孔大小不同。由于存在长达15mm的增强槽，因此无法使用传统蒙皮加工方法对零件进行加工成形，现在可以使用多个垫圈进行编辑，并在形状之间设置注射以降低零件中的应力。保压制造过程中存在以下问题:(1)零件面为双曲线，曲率较低，保压后回弹较大，需要手动修正，且效率低下；(2)锤头螺栓上的形状是由高质量的硬铅合金制成的，使用时容易磨损和变形，加工零件的表面质量和形状较差；(3)在注射过程中，由于零件表面形状的锌重金属粘附，需要一种酸来脱除后的重金属，否则会缩短工件寿命，增加工件的加工时间。

2落压成形及成形难点综合分析

在实际加工过程中，毛坯的不可接触部分处于自由形式状态，因为在冲击测量过程中没有挤压边。形状开始时，布料和形状之间的接触较小，从而使材料承受载荷，变形增大，并可能出现褶皱、形状偏差等错误。零件的总力较低，因此零件在大多数情况下弯曲程度较高(严重错误趋势)且拉伸不足(拉伸不足)，仿真结果符合实际条件。最后，零件递送要求只能通过大量手动工作(折缝和对齐)来满足。由于零件尺寸、材料厚度等结构元素，手动校准受到限制，需要多次压力降才能减少手动校准的困难。该方法具有以下效果:(1)顶部力集中，导致材料厚度变化。(2)挤压轮廓定位不准确，导致任何手工研磨的形状出现偏差，影响表面质量。为此，很难满足“彩虹”零件的高质量要求，加工效率也很难满足当前行业“快速”研究作业的要求。

3模具结构设计

3.1冲压方向

冲压方向是确定冲压模具的第一个元素。对于此零件，考虑了两个主要因素:①没有负冲孔角度；②在可能的情况下，首先沿直孔和圆锥孔的法向选择冲压方向。在CATIA中，使用“点”(Point)、“线”(line)特征创建冲孔中心和方向(中心和旋转角度必须倒圆角)，使用“轴系统”(Axis System)创建冲孔坐标系(缺省的-Z轴为冲孔方向)，然后使用分析工具检查冲孔的负角度。

3.2结构优化

层压板部件的整体结构是闭合的，局部截面是闭合的，负角度会降低层压板的可加工性，并使层压板难以装配。产品设计会对关键元素的装配进行加权，优化壁结构，将零件长度增加到120°，相应地改变局部拐角的形状，从而使零件截面保持打开状态，并为后续形状改进提供足够的空间。

3.3方案实施

工艺参数和形状参数是影响钣金零件形状的两个重要因素。研究“彩虹”成型技术时，零件质量取决于列车外形。多年来，国内研究人员在对成形形状进行技术调查方面取得了显着成果，从而开发了一个曲柄摇杆知识库系统。航空工业已经建立了一个基于经验参数的实践程序知识库，大大提高了技术研究的效率和质量。

3.4模具设计

过去，造型具有整体结构造型，这是一个复杂的过程，其中制造的零件越紧密地固定在造型上，造型越紧密，移除的零件就越扭曲整体造型，并且需要恢复。为盖板结构确定了一个可打开模架部件。新设备由一个引伸、顶盖、凯萨盖、可拆卸块和底座组成，有助于将零件从模具中分离出来，大大降低了员工的劳动强度。为了降低形状本身的质量，将创建空心薄壁，而不会影响强度。无法保证电路板零件的扭曲结构，方法是通过凹槽增加侧面和长圆形，以简化圆弧夹支撑零件的过程。如果在安装轮胎后需要卸下盖板，则可以卸下顶盖、侧盖、将可拆卸块从轮胎的开口处拉出，并轻松拉出侧轮胎。

4零件成形工装设计及工艺试验

根据有限元方法的结果，对具有型材表面的异形板进行平整成形。电路板零件根据2d刀具铣削获得冲压坯件。在挤压装置上形成毛坯形状时，运动受到边环上八个中心单元的限制。冲压成型后的零件必须在带有蒙皮的五座椅立体声系统上切割，以便在成型过程中调整螺栓与刀具方向相匹配，从而在模具上设计出两个型芯形状的冲压。零件相对于初始形状形成轻微反弹，冲压工具部分返工后，反弹量会减少，以达到零件的供货状态。目前，设备正在处理的部件将按顺序交付。零件加工将从16个工序缩短到9个工序，减少了零件清除，减少了热处理厂的退刀次数，将生产周期从11天缩短到1.5天，并大大提高了生产率。在挤压过程停止后，零件会严重皱褶，表面质量较差，冲压成型通过z控制零件的皱褶。拉伸量增加，反弹量明显减少，从而提高零件曲面的质量。

结束语

提出了箱式夹紧板零件变形摩擦的多种解决方案，并在连续探索过程中掌握了复杂闭合零件的处理技术，如:(1)优化了“n”型夹紧板产品结构， 零件截面开放，零件成形技术得到改进。(2)对于可变曲率和“n”压力板部件的外观特征，一套可拆卸部件模具结构具有创新性，有助于形成和释放封闭结构部件，提高零件成形精度 (3)掌握PAM stamp软件的精确部署技术，计算复杂的表面部件，直接用于生产，减少劳动量，提高生产率。(4)增大局部精加工模量，改变材料的变形特性进行置换，实现箱型角之间的粘结间隙不大于0.5mm，保证角成形精度，降低加工难度。(5)通过对n型压板安装点的分析，增加了多点定位检测模型，利用块和层进行检测，预先消化外部外观变化的风险。

参考文献

[1]葛蒙召.航空复杂钣金构件支叉管充液成形技术研究[D].浙江大学,2022.

[2]陈英华,王影.复杂形状钣金型材截面参数化方法研究[J].直升机技术,2021(04):38-42.

[3]邹哲峰,张杨,姜宇峰.复杂型面钣金零件冲压模具的三维数字化设计[J].内燃机与配件,2021(10):103-104.

[4]王利,黄昭明,赵恒文,沈晨.多弯曲多形孔复杂边界钣金件级进模的开发[J].延边大学学报(自然科学版),2020,46(01):74-78.

[5]丁咚.复杂钣金零件展开算法及并行化研究[D].南京航空航天大学,2018.