CN105397423A - 带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其包括：步骤一、根据蒙皮参数，模拟展平，采集出展平后的参数，进行粗加工和精加工的编程，并计算出最小毛坯；步骤二、选取最小毛坯，对最小毛坯进行粗加工，以提前释放毛坯内部的残余应力；步骤三、利用真空胎吸附固定经过粗加工的蒙皮板材，对蒙皮板材进行精加工，数控铣加工出蒙皮内部的筋条和减重腔；步骤四、准备多个能够分别填平各减重腔的垫板，保证垫上各垫板后，由步骤三加工好的蒙皮又成为表面平整地平板，然后采用对模热成型的方法将蒙皮加工成型；和步骤五、退火去应力。本发明有效的控制了薄壁蒙皮加工过程中的变形量，大大提高了蒙皮的型面精度。

Description

带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，涉及到一种带内部筋条及复杂型腔的大型薄壁铝合金蒙皮的制造方法，它适用于航空航天用大型薄壁蒙皮类零件的精确制造。

背景技术

目前，大型薄壁蒙皮类零件越来越多的应用在航空航天领域，现代航空航天领域中为了减轻重量、提高飞航武器的各项机械性能，在导弹零部件中越来越多地开始使用大型薄壁蒙皮类零件。然而大型薄壁蒙皮虽然在飞航武器中有诸多优点，但是多年来大型薄壁蒙皮的加工变形问题一直困扰着航空航天工业，目前对大型薄壁蒙皮加工工艺研究还不够深入，针对减小变形的系统工艺措施尚不完善。

现阶段该类零件在加工制造过程中，一部分采用先将壁板弯曲成蒙皮结构，再用多轴加工中心加工筋条和减重腔，数控加工难度大并且复杂；一部分采用先在平板状态下加工型腔，再利用折弯机等机械手段形成蒙皮，导致蒙皮变形较大，成型后的蒙皮型面精度较低，合格率低，严重影响了型号产品的进度。

本方法首先根据蒙皮的结构特点先对其进行模拟展平，然后采用粗加工毛坯的方式提前释放毛坯内部的残余应力，随后采用真空胎吸附固定蒙皮，数控精加工蒙皮的筋条和减重腔等结构特征，有效减小了薄壁板加工过程中的翘曲变形，保证了减重腔的壁厚，然后采用对模热成型的方法将蒙皮加工成型，型面精度高，最后进行退火去应力。

发明内容

本发明的技术方案是提供一种对带内部筋条及复杂型腔的大型薄壁铝合金蒙皮的制造方法，该方法可有效的控制薄壁板加工过程中的翘曲变形，保证减重腔的壁厚，提高蒙皮结构的型面精度。

本发明的带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，包括：步骤一、根据所需蒙皮的具体结构，采集原始蒙皮的几何参数，然后利用UG三维软件对蒙皮进行模拟展平，采集出展平后的相应的蒙皮的几何参数，根据展平后的参数进行粗加工和精加工的编程，并计算出能够支撑该蒙皮展平后的最小毛坯；步骤二、选取步骤一计算出的最小毛坯，利用步骤一编制的粗加工程序对最小毛坯进行粗加工，以提前释放毛坯内部的残余应力；步骤三、利用真空胎吸附固定经过粗加工的蒙皮板材，按照步骤一所编制的精加工程序，对经过粗加工后的蒙皮板材进行精加工，数控铣加工出蒙皮内部的筋条和减重腔；步骤四、准备多个能够分别填平各减重腔的垫板，保证垫上各个垫板后，由步骤三加工好的蒙皮又成为表面平整地平板，然后采用对模热成型的方法将蒙皮加工成型；和步骤五、退火去应力。

优选所述蒙皮的材质为7A04铝合金。

优选所需蒙皮的所述减重腔壁厚为2.2mm，所述筋条壁厚为6mm，蒙皮大面壁厚为4mm。

优选所述对模热成型的温度为120-180℃左右。

优选所述步骤四中还包括根据所需蒙皮形状制造所述对模的步骤。

本发明的有益效果：

采用本实用型的加工技术方法，解决了带内部筋条和复杂内腔的大型薄壁铝合金蒙皮加工过程中变形大、型面精度低的难点，可有效提高新产品研制进度。

面对大型薄壁板加工易变形的问题，可有效的控制蒙皮加工过程中的变形量，提高蒙皮的型面精度。利用UG三维软件将蒙皮进行模拟展平，采集蒙皮的几何参数，先在平板状态下加工出蒙皮内部的筋条和型腔等结构特征，再弯曲成型，大大简化了蒙皮的数控加工难度；其次是先采用粗加工的方式初步加工出蒙皮的特征，提前释放毛坯内部的残余应力；然后是采用真空胎吸附固定蒙皮，数控铣精加工蒙皮的筋条及减重腔，减小薄壁板加工过程中的变形量，精确保证壁厚；最后是采用对模热成型的方法将蒙皮加工成型，型面精度高。

附图说明

图1为所需的带内筋和复杂型腔的薄壁蒙皮。

图2为蒙皮弯曲成型之前的平板状态。

图3为对模热成型蒙皮时所用凸模。

图4为对模热成型蒙皮时所用凹模。

图5为凹凸模配对蒙皮成型图。

具体实施方式

试验零件为某型号导弹中的蒙皮零件，该零件材质为7A04铝合金，产品结构为带内筋和复杂内腔的薄壁零件，减重腔壁厚2.2mm，筋条壁厚6mm，蒙皮大面壁厚4mm，见附图1。

(1)采集原始蒙皮几何参数，将蒙皮模拟展平，采集展平后相应数据，进行粗加工和精加工编程，并计算出需要的最小毛坯：

根据所需蒙皮的具体结构，采集其几何参数，然后利用UG钣金建模软件将其模拟展开为平板状态，见附图2，得到展平后的相应几何参数，根据这些参数进行粗加工和精加工编程。

原理：根据蒙皮零件的具体结构、尺寸以及平板折弯与圈圆的特性，合理计算蒙皮中轴线的周长、板材延伸率等一系列几何参数，利用UG钣金建模软件将蒙皮的三维模型展开为其在平板下的状态。然后根据蒙皮弯曲成型之前的平板状态特征(包括其具体的型腔和内筋尺寸)，编制数控加工时所需的粗精加工程序，并将其导入数控机床。

(2)去应力粗加工蒙皮：

首先计算出能够包容该蒙皮的所需的最小毛坯，然后利用所编制粗加工程序对比精加工毛坯厚的最小毛坯板材先进行去应力粗加工，初步加工出蒙皮的结构特征。

关键点：去应力粗加工时注意蒙皮内筋条和减重腔的底部以及侧壁都要留有加工余量，待精加工时加工到位。

(3)利用真空胎数控精加工蒙皮的型腔等结构特征：

由于薄壁板加工过程中易变形，采用真空胎吸附固定板材，保证板材受力均匀，然后利用之前编制好的精加工的数控加工程序，数控铣加工出蒙皮的筋条、减重腔等具体结构，加工前在蒙皮上选取多个且分散均匀的点测量蒙皮此时的实际壁厚，然后合理确定加工的进给量，最终严格保证减重腔及四周焊接止口的壁厚，在平板状态下加工型腔以及筋条后的状态见附图2。

(4)采用对模热成型工艺将蒙皮加工成型：

首先根据蒙皮内部型腔和筋条的具体结构，加工出若干随形的垫板，，并将其粘贴于蒙皮内部的型腔处，保证粘贴后蒙皮的筋条和垫板处于同一高度，即，保证垫上各垫板后，由上述加工好的蒙皮又成为表面平整地平板，然后将受热软化后的板材放在配对的阴阳模之间，将蒙皮加工成型。

关键点：要用随形垫板将蒙皮凹陷的减重腔等都填满，保证蒙皮内部的筋条和垫板处于同一高度，或者筋条比垫板略低，确保在对模热成型时主要由垫板受力。

阴阳对模根据采集的原始数据，按照所需蒙皮的形状制成。

注意加热的温度不能太高，应介于铝合金的再结晶温度，一般在120-180℃左右，作用时间也不易太长，让铝合金材料得到一定程度的软化，仅软化晶界，但不形成新的结晶核心。

(5)退火去应力。

将成型的蒙皮进行退火热处理，去除其内部的残余应力。

本发明提出了一种对带内筋及复杂型腔的大型薄壁铝合金蒙皮的精确制造方法。该方法能有效的减小带复杂内腔的大型薄壁铝合金蒙皮加工过程中的变形，有效的保证蒙皮减重腔的壁厚，大大提高蒙皮最终的型面精度。本智力成果运用于实际生产中解决了很大的难题，具有很强的应用前景。

Claims (5)

1.一种带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其特征在于，包括：

步骤一、根据所需蒙皮的具体结构，采集原始蒙皮的几何参数，然后利用UG三维软件对蒙皮进行模拟展平，采集出展平后相应蒙皮的几何参数，根据展平后的参数进行粗加工和精加工的编程，并计算出能够支撑该蒙皮展平后的最小毛坯；

步骤二、选取步骤一计算出的最小毛坯，利用步骤一编制的粗加工程序对最小毛坯进行粗加工，以提前释放毛坯内部的残余应力；

步骤三、利用真空胎吸附固定经过粗加工的蒙皮板材，按照步骤一所编制的精加工程序，对经过粗加工后的蒙皮板材进行精加工，数控铣加工出蒙皮内部的筋条和减重腔；

步骤四、准备多个能够分别填平各减重腔的垫板，保证垫上所述垫板后，由步骤三加工好的蒙皮又成为表面平整地平板，然后采用对模热成型的方法将蒙皮加工成型；

步骤五、退火去应力。

2.如权利要求1所述的带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其特征在于：所述蒙皮的材质为7A04铝合金。

3.如权利要求1所述的带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其特征在于：所需蒙皮的所述减重腔壁厚为2.2mm，所述筋条壁厚为6mm，蒙皮大面壁厚为4mm。

4.如权利要求2所述的带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其特征在于：所述对模热成型的温度为120-180℃左右。

5.如权利要求1～4中任一项所述的带内筋及复杂型腔的大型薄壁蒙皮的制造方法，其特征在于：所述步骤四中还包括根据所需蒙皮形状制造所述对模的步骤。