CN107774779A - 一种增加异型钣金零件延伸量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增加异型钣金零件延伸量的方法，包括以下步骤：备料，增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度；在待拉伸弯角处，自由弯曲毛料，然后在待拉伸弯角处的两侧进行装夹，不完全约束待拉伸弯角处的材料；对非装夹边进行翻边，贴胎后盖上胎盖夹紧，拉伸零件待拉伸部位。本发明的方法通过改变毛料几何形状和尺寸、改变零件加工时的装夹方式、改变弯角处材料的变形方式，以达到增加零件弯角处材料延伸量的效果，可解决钣金作业中，异型钣金零件延伸量不足的问题。这种方法特别适合于L形、U形和凹形等拉伸量大的钣金零件加工。

Description

一种增加异型钣金零件延伸量的方法

技术领域

本发明涉及飞机异型钣金零件的加工方法，特别涉及拉伸量大的L形、U形和凹形等飞机钣金零件的加工方法。

背景技术

钣金加工是利用金属塑性变形原理，主要通过冷压的方法用钣金工具及设备把板材、型材、管材等毛料制成各种零件。其中针对于拉伸量大的L形、U形和凹形等板材零件的加工，传统的成型方法是利用型胎的刚性外形，压紧零件毛料，对零件弯边施加压力使之贴胎，不足之处是在成型中在零件的弯角半径区域会产生拉应力集中的现象，在大尺寸、小半径的弯边部位零件的材料会达到或超出极限延伸率，从而产生材料变薄量超差或破裂，使零件报废。

飞机钣金零件形状复杂，与其他行业钣金零件相比技术要求更高，对于超延伸率极限零件的加工，往往是凭借着技术工人配合手工技艺和经验操作来实现的，严重制约着航空航天制造技术的发展。目前行业内该类型零件的加工通常采用过渡胎且需要经验丰富的技师才能加工完成，零件的成型效率低、质量差、废品率高。

发明内容

鉴于上述情况，为了克服现有钣金异型零件加工中材料延伸率不足的缺点，提供一种增加异型钣金零件延伸量的方法。

按照本发明，一种增加异型钣金零件延伸量的方法，包括以下步骤：

备料，增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度；

在待拉伸弯角处，自由弯曲毛料，然后在待拉伸弯角处的两侧进行装夹，不完全约束待拉伸弯角处的材料；

对非装夹边进行翻边，贴胎后盖上胎盖夹紧，拉伸零件待拉伸部位。

进一步地，所述增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度包括当成形后材料厚度小于零件变薄许可，即零件弯角延伸量超出极限延伸率50％时，将零件毛料原有几何外形角度增加45°，当超出值增大时，毛料的几何外形角度也相应增加。

进一步地，所述几何外形角度增大量不超过65°。

本发明通过改变毛料的几何外形，将毛料所需拉伸部位的几何外形角度增大，改变零件加工时的装夹方式、改变弯角处材料的变形方式，有效地解决了飞机异型钣金零件，特别是拉伸量大的L形、U形和凹形等飞机钣金零件加工中零件材料延伸率不足的问题，增加了该类零件的延伸量，提高了材料的拉伸成形极限。此外，节约了制造工装的成本，只需制造一套外形型胎即可，不需要过渡模。提高了零件成型的质量和合格率，并且可省去中间退火工序，缩短了生产周期，使生产效率得以显著提升。本发明的方法能够很好的控制材料的变薄量，降低该类零件加工的技术难度，可以加工难度更大的该类零件，并使加工变得简单、有效。

附图说明

图1是零件草图，其中(a)是零件外形，(b)是零件拉伸部位的关键特性尺寸；

图2是零件毛料形状变化图，其中(a)是现有工艺方案的毛料形状，(b)是采用本发明的方法改善后的毛料形状；

图3是零件装夹位置变化图，其中(a)是现有工艺方案的装夹方式，(b)是采用本发明的方法改善后的装夹方式；

图4是材料在弯角处的变形方式示意图，其中(a)是现有加工工艺方案的弯角处材料的变形方式，(b)是采用本发明的方法改善后的弯角处材料的变形方式；

图5是零件翻边处材料的应力分布图。

具体实施方式

为了克服现有钣金异型零件加工中材料延伸率不足的缺点，本发明提供一种增加异型钣金零件延伸量的方法，该方法包括以下步骤：

备料，增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度；

在待拉伸弯角处，自由弯曲毛料，然后在待拉伸弯角处的两侧进行装夹，不完全约束待拉伸弯角处的材料；

对非装夹边进行翻边，贴胎后盖上胎盖夹紧，拉伸零件待拉伸部位。

本发明的方法通过以下措施，有效地解决了飞机异型钣金零件，特别是拉伸量大的L形、U形和凹形等飞机钣金零件加工中零件材料延伸率不足的问题，增加了该类零件的延伸量，提高了材料的拉伸成形极限：

1、改变毛料的几何外形：由现有工艺方案的毛料形状与零件外形相近变为增大毛料所需拉伸部位的几何外形角度。

具体要求是按零件弯角角度θ计算拉伸量大小，计算公式是：

成形前材料面积：

a₁＝θ/360°(2πR)L

式中：a₁——成形前材料面积

θ——零件弯角角度

R——弯曲角半径

L——弯边高度

成形后材料面积：

a₂＝θ/360°π(R+L)²-θ/360°πR²

式中：a₂——成形后材料面积

成形后材料厚度：

t＝a₁×t₀/a₂

式中：t——成形后材料厚度

t₀——成形前材料厚度

当t小于零件变薄许可时，即零件弯角延伸量超出极限延伸率。当超出延伸率50％时，在原有零件展开几何角度的基础增加45°，当超出值增大，零件的展开几何角度也相应增加，但一般不超过65°，以用于零件加工过程中翻边的预留变形程度及满足零件受拉伸部位材料的变薄量要求。

2、改变传统成型与装夹定位方法：现有加工工艺方法是将毛料置于型胎上，盖上胎盖，然后采用完全定位法装夹，对零件待加工弯边施加压力，使之成型贴胎。该方法在零件拉伸部位不利于材料的流动，只能凭材料本身的延伸率来成型零件。本发明的方法是先自由弯曲毛料的弯角部位，然后采用不完全定位方法装夹(限制了4个自由度)，定位部位与传统工艺方法不同，位于零件所需成型的弯边上，在待拉伸部位的两侧装夹，使受拉伸部位的材料处于自由无约束状态。

3、改变加工方式与应力分布：采用本方法由原来的单弯边拉伸变为现在的先翻边，后拉伸。并且由于翻边所受应力能够有效分散，所以翻边部位可增加变形程度以减少拉伸部位材料的拉伸量，降低由于拉伸部位材料应力集中产生的变薄程度。同时翻边成型在零件弯角的根部会产生拉应力，使零件的弯角区域贴胎度更好，而不会像传统加工方法拉伸时弯边边缘受力会在零件弯角的根部产生一个向上的分力，以至于零件的弯角的根部处“堆料”。

下面参考图1～图5，结合具体实施例对本发明的方法作进一步详细描述。

图1是零件草图。根据图1的零件草图，其中弯曲角半径1是R10，尺寸2、3和4分别是28mm、10mm和20mm，角度5是80°。依据上述零件的关键特性尺寸数值，该零件拉伸量较大。图2是零件毛料形状变化图，按现有工艺方案，所下毛料尺寸如图2(a)所示，近似于原零件外形。按本发明的方法改善后的零件的毛料尺寸如图2(b)所示，将毛料的几何角度6由90°增加到145°。

图3是零件装夹位置变化图，现有的加工方法如图3(a)所示，将毛料7置于型胎9上，盖上胎盖，在零件表面的夹紧位置8处夹紧，使装夹部位的材料完全定位，然后对待加工部位材料施加压力，使之靠胎。按本发明的方法改善后的加工方法如图3(b)所示，先将毛料7在待拉伸弯角10处自由弯曲成90°，然后在待拉伸弯角10两侧的夹紧位置8处进行夹紧，使待拉伸弯角10处的材料处于不完全约束状态。对非装夹边进行翻边，贴胎后盖上胎盖夹紧，最后拉伸零件待拉伸部位材料。

零件弯曲角处材料的变形如图4所示，现有工艺如图4(a)所示，将毛料11置于型胎12上的正确位置，盖上胎盖15，施加夹紧力14，使零件装夹部位处于全定位状态，然后施加外力13，由于该零件的变形特点，在零件弯角部位会产生应力集中现象，故容易产生材料变薄量超标，甚至于零件破裂，并且弯边边缘受力会在零件弯角的根部产生一个向上的分力，导致零件的弯角部位17处“堆料”，图中的附图标记表示加工过程中的垫块。按本发明的方法改善加工方法后，零件弯角部位的材料变形如图4(b)所示,与之前相比，取消了胎盖，也就减少了约束，所以在零件弯角部位的材料处于欠定位状态，自由度高，有利于材料的流动变形，并且该处材料的变形方式是先翻边，后拉伸。翻边时的应力如图5中的附图标记18所示，成分散状态，故而其变形程度较大。翻边贴胎后按原加工方法盖上胎盖夹紧后，在零件弯角部位施加压力，此时该部位材料的拉伸量很小，很容易变形贴胎，故而变薄量可控制在10％以内，零件成型质量好。

本发明的方法有效地解决了飞机异型钣金零件，特别是拉伸量大的L形、U形和凹形等飞机钣金零件加工中零件材料延伸率不足的问题，增加了该类零件的延伸量，提高了材料的拉伸成形极限。本发明的方法还可以应用于其他钣金零件，比如航天钣金零件的制造。

Claims (3)

1.一种增加异型钣金零件延伸量的方法，包括以下步骤：

备料，增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度；

在待拉伸弯角处，自由弯曲毛料，然后在待拉伸弯角处的两侧进行装夹，不完全约束待拉伸弯角处的材料；

对非装夹边进行翻边，贴胎后盖上胎盖夹紧，拉伸零件待拉伸部位。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述增大毛料待拉伸弯角处的几何外形角度包括当成形后材料厚度小于零件变薄许可，即零件弯角延伸量超出极限延伸率50％时，将零件毛料原有几何外形角度增加45°，当超出值增大时，毛料的几何外形角度也相应增加。

3.按照权利要求2所述的方法，其中所述几何外形角度增大量不超过65°。