CN111922118B

CN111922118B - 一种变截面弯筒体制造方法

Info

Publication number: CN111922118B
Application number: CN202011028729.1A
Authority: CN
Inventors: 许飞; 陈俐; 毛智勇
Original assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Current assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Priority date: 2020-09-27
Filing date: 2020-09-27
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2040-09-27
Also published as: CN111922118A

Abstract

本发明涉及一种变截面弯筒体制造方法。包括选取铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成直筒体；施加外力压缩直筒体靠近开口端的部位，直至该部位的截面被压缩至设计形状；将上述变截面直筒体缓慢压弯至设计弯曲状态，使变截面弯筒体的中心轴线弧形半径达到设定值，形成变截面弯筒体；再整体加热将变截面弯筒体内的液态低熔点合金熔出；截取所需长度的变截面弯筒体。本发明减少了筒体上的两条纵向焊缝，提高了焊接质量，简化了制造工艺，提高了制造精度和制造效率。

Description

一种变截面弯筒体制造方法

技术领域

本发明涉及筒体制造技术领域，特别是涉及一种变截面弯筒体制造方法。

背景技术

目前，为增加飞机起飞和降落的安全性，增大翼展面积，国内外中型或大型飞机在机翼前缘常设置滑轨套筒，滑轨套筒一般为工字型或π型的滑轨提供运动空间。受机翼内部空间狭小的局限性，滑轨套筒典型结构形式之一为变截面形状的、中心轴线呈一定弧度的腔体结构。

如附图1和附图2所示，滑轨套筒的中心轴线弧形半径R一般在500mm-1000mm之间，滑轨套筒壁厚一般在2mm-5mm之间，滑轨套筒总高度H一般在100mm-500mm之间，椭球形封底的短半轴n一般在20mm-50mm之间，滑轨套筒矩形截面段的宽度a一般在50mm-200mm之间、高度b一般在50mm-200mm之间、倒角r一般在5mm-15mm之间，滑轨套筒圆形截面段的直径Φ一般在50mm-200mm之间，矩形截面段与圆形截面段之间设计有截面形状圆滑过渡的变截面段。

滑轨套筒由法兰、筒体、封底和排水嘴组成，常采用分段拼接方式实现整体化制造。针对此类既有矩形截面段又有圆形截面段的结构，目前多采用钛合金或铝合金制造，第一种制造方法通常是先将筒体对半热成形后采用两道纵向焊缝连为一体，然后把法兰、封底和排水嘴依次焊接于筒体上；当采用钛合金制造时，还可以采用铸造方法制造，即先铸造出包括法兰、筒体、封底和排水嘴的套筒一体化本体，再进行相应的精加工。

第一种制造方法的焊缝数量较多，达到4-5条，不仅焊接缺陷的产生机率相对较高，而且制造工艺非常复杂；铸造方法仅适应于钛合金，虽然代替了焊接结构，但是铸造的套筒本体由于壁厚较薄导致几何精度很低，而且还极易产生一些铸造缺陷从而使成品率维持在较低水平。

发明内容

（1）要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种变截面弯筒体制造方法，包括拉深和旋压制备直筒体、直筒体施加外力形成变截面直筒体、变截面直筒体压弯至变截面弯筒体、截取所需长度以及必要的对接拼焊等步骤。能减少变截面弯筒体的焊缝数量，提高变截面弯筒体的制造质量，可以为滑轨套筒的整体化制造提供变截面弯筒体。

（2）技术方案

本发明的实施例提出了一种变截面弯筒体制造方法，包括以下步骤：

S10：选取铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成壁厚均匀截面为圆形的一端为椭球形封底的封闭端和另一端为开口端的直筒体；

S20：向上述直筒体内灌入熔化后的液态低熔点合金，灌满后冷却凝固；施加外力压缩直筒体靠近开口端的部位，直至该部位的截面被压缩至设计形状；同时，向该部位与直筒体的圆形截面的连接部位施加外力逐渐将该部位压缩为设计形状到圆形截面的圆滑过渡变截面，形成变截面直筒体；

S30：将上述变截面直筒体缓慢压弯至设计弯曲状态，使变截面弯筒体的中心轴线弧形半径达到设定值，形成变截面弯筒体；再整体加热将变截面弯筒体内的液态低熔点合金熔出；

S40：将所述的变截面弯筒体截取预设的长度；当长度不满足要求时，选取相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊，形成长度更长的满足要求的变截面弯筒体。

进一步地，在步骤S10中，选取的所述铝合金薄板为厚度3-6mm的O态铝合金。

进一步地，在步骤S10中，铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成的直筒体的壁厚为2-5mm。

进一步地，在步骤S10中，当所述直筒体的截面积小于要求时，向所述直筒体内部充满液压水，增大所述直筒体内部液压水的水压进行胀形处理。

进一步地，在步骤S20中，所述设计形状为矩形。

进一步地，在步骤S20中，所述液态低熔点合金的熔点在250-350℃之间。

进一步地，在步骤S40中，所述相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊的焊接方法包括激光焊、激光电弧复合焊、激光填丝焊和氩弧焊。

（3）有益效果

本发明首先通过拉深和旋压工艺制备一个完整的直筒体，相比于现有技术减少了筒体上的两条焊缝，从而提高了焊接质量；同时，本发明在将直筒体加工成变截面弯筒体过程前向直筒体内加入熔化后的液态低熔点合金，利用液态低熔点合金凝固后的特性，确保直筒体在外力作用下朝向预设的变截面弯筒体方向变形，提高了变截面弯筒体外形的制造精度；最后，截取预设的长度，当长度不满足要求时，选取相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊，轻松形成长度更长的满足要求的变截面弯筒体。制备过程简单可行。

除此之外，本发明显著简化了制造工艺，提高了制造精度和制造效率，也更利于实现批量的自动化作业。而且，与钛合金材质相比，选用铝合金在能显著降低结构重量的同时完全可以替代钛合金材质实现高效高质量的变截面弯筒体制造。

最后，本发明的变截面弯筒体可以应用于飞机机翼前缘滑轨套筒，减少了滑轨套筒焊缝的数量，提高了滑轨套筒的结构强度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中变截面滑轨套筒典型结构图。

图2为图1中变截面滑轨套筒的截面示意图。

图3是本发明一实施例所示变截面弯筒体制造方法的流程图。

图4是本发明一实施例所示直筒体的结构示意图。

图5是本发明实施例将圆形截面压缩为矩形截面示意图。

图6是本发明又一实施例所示相匹配的筒体段和变截面弯筒体焊接示意图。

图中：焊接热源1、焊接夹具2、夹具夹持端3、卡盘4、电动转台5、机械手执行端6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参照附图1-附图6并结合实施例来详细说明本申请。

参阅附图3所示，根据本发明实施例第一种变截面弯筒体制造方法，包括以下步骤：

在本发明实施例所示变截面弯筒体制造方法中，首先在步骤S10中选取铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成壁厚均匀截面为圆形的一端为椭球形封底的封闭端和另一端为开口端的直筒体；经过拉深和旋压工艺制成的直筒体一体成型，表面没有焊缝，大大提高了产品成型的质量。而需要说明的是，拉深和旋压工艺采用成熟的加工设备可以加工，本领域普通技术人员熟知，在此不再继续赘述。

接着，发明实施例所示方法在步骤S20中，施加外力压缩直筒体靠近开口端的部位，直至该部位的截面被压缩至设计形状；同时，向该部位与直筒体的圆形截面的连接部位施加外力逐渐将该部位压缩为设计形状到圆形截面的圆滑过渡变截面，形成变截面直筒体；而本申请在施加外力前，向直筒体内灌入熔化后的液态低熔点合金，液态低熔点合金在凝固以后可以起到支撑直筒体的作用，避免直筒体在外力作用下发生无法预料的变形而没有达到预料方向的变形，从而实现不了本申请的作用。因此，由于有液态低熔点合金在直筒体内部的支撑作用，直筒体在外力作用下直筒体靠近开口端的部位很容易被加工成设计形状，而设计形状与直筒体的圆形截面的连接部位很容易被加工成圆滑过渡变截面形状。加工后的变截面直筒体形状见附图4所示，施加外力压缩直筒体靠近开口端的部位，该部位的截面被压缩至设计形状的图见附图5所示。而需要说明的是，施加外力可以采用液压机施加，依靠截面压缩变形模具在外限制直筒体的变形，从而实现定向加工成预计形状的目的。除此之外，液态低熔点合金可选用熔点低于铝合金熔点的合金，如Sn-Pb合金、Sn-Ag合金等。本领域普通技术人员已熟知，在此不再继续赘述。

然后，参阅附图5所示，本发明实施例所示方法在步骤S30中将变截面直筒体缓慢压弯至设计弯曲状态，使变截面弯筒体的中心轴线弧形半径达到设定值，形成变截面弯筒体；再整体加热将变截面直筒体内的液态低熔点合金熔出。如上所示，变截面直筒体缓慢压弯至设计弯曲状态可采用专门的压缩变形模具在液压机的施加外力作用下完成，而液态低熔点合金在变截面直筒体压弯过程中可以起到保护变截面直筒体的作用，避免变截面直筒体出现不同方向的压弯，最后在成型后加热熔化排出。

最后，本发明实施例所示方法在步骤S40中，将所述的变截面弯筒体截取预设的长度；当长度不满足要求时，选取相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊，形成长度更长的满足要求的变截面弯筒体。

综上所示，本发明实施例首先通过拉深和旋压工艺制备一个完整的直筒体，相比于现有技术减少了筒体上的两条焊缝，从而提高了焊接质量；同时，本发明在将直筒体加工成变截面弯筒体过程前向直筒体内加入熔化后的液态低熔点合金，利用液态低熔点合金凝固后的特性，确保直筒体在外力作用下朝向预设的变截面弯筒体方向变形，提高了变截面弯筒体外形的制造精度；最后，将所述的变截面弯筒体截取预设的长度；当长度不满足要求时，选取相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊，轻松形成长度更长的满足要求的变截面弯筒体。

进一步地，根据本发明的又一实施例中，在步骤S10中选取的所述铝合金薄板可以为厚度3-6mm的O态铝合金。O态铝合金板材的强度很低且延展性很好，更宜于拉深和旋压变形；同时，铝合金薄板为厚度3-6mm时，便于加工、易于成型、厚度适中且不浪费铝合金薄板。

进一步地，根据本发明的又一实施例中，在步骤S10中，铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成的直筒体的壁厚为2-5mm，壁厚2-5mm加工后的变截面弯筒体符合实际使用要求。

进一步地，根据本发明的另一实施例中，在在步骤S10中，当所述直筒体的截面积小于要求时，可以向所述直筒体位于内部充满液压水，增大所述直筒体内部液压水的水压进行胀形处理，满足更高精度的加工制造的需求。在实际加工过程中，单纯通过拉深和旋压工艺制成的直筒体有时候加工精度无法满足要求。因此，在拉深和旋压工艺之后，再通过向直筒体的内部充满液压水，利用液压工具等设备向直筒体的内部进行加压，直筒体的内部液压水在外部压力作用下分散向直筒体的内壁，从而起到膨胀直筒体内壁的作用，进而在直筒体外部参数达到设计要求时停止施加压力，能提高直筒体的精度，从而最终得到的变截面弯筒体的精度会更高。

进一步地，在本发明一实施例的步骤S20中，所述设计形状可以为矩形，矩形形状符合变截面弯筒体的实际使用环境，能更好地满足使用要求。

进一步地，在本发明一实施例的在步骤S20中，所述液态低熔点合金的熔点在250-350℃之间，当液态低熔点合金的熔点在250-350℃之间，该熔点低于铝合金薄板的熔点，所以液态低熔点合金倒入到直筒体内以后，不会将直筒体熔化，且在冷却凝固以后能起到支撑直筒体，防止其发生不规则变形的目的。

进一步地，在本发明一实施例在步骤S40中，所述相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊的焊接方法包括激光焊、激光电弧复合焊、激光填丝焊和氩弧焊。激光焊、激光电弧复合焊、激光填丝焊和氩弧焊的具体选择根据实际加工需要而定，其不因构成对本申请的限制。

参阅附图1-附图6所示，作为本发明实施例的又一实施例的一种变截面弯筒体制造方法制备变截面弯筒体，并将制备的变截面弯筒体作为飞机机翼前缘滑轨套筒的应用。

本发明实施例中所述飞机机翼前缘的滑轨套筒的中心轴线弧形半径R为800mm，套筒总高度H为400mm，筒体壁厚为2.5mm，法兰盘壁厚为5mm，椭球形封底的短半轴n为30mm，套筒矩形截面段的宽度a为100mm、高度b为120mm、倒角r为10mm，套筒圆形截面段的直径Φ为150mm，矩形截面段与圆形截面段之间设计有截面形状圆滑过渡的变截面段。同时，圆形截面弧形段L1长220mm，变截面弧形段L2长60mm。

依据变形前后的横截面周长不变原则，按公式πΦ″=2(a+b-4r)+2πr，经计算，Φ″约为135mm。因此，采用以下步骤实现制造。

S10：拉深旋压成形变截面直筒体。选取厚度范围为3mm-6mm的O态铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成壁厚均匀的带椭球形封底的变截面的直筒体，直筒体壁厚为2mm-5mm，直筒体封闭端的外径为Ф，开口端的外径为Ф″，椭球形封底的短半轴为n。其中，O态铝合金板材的强度很低且延展性很好，更宜于拉深和旋压变形。在数道次拉深过程中，为使经形变硬化的铝合金恢复至强度低且延展性好的O态，可以根据铝合金的硬度变化情况酌情增加消应力退火工艺。而消应力退火包括完全退火和不完全退火。

S20：开口端圆形截面段压缩变形为矩形截面段且变截面过渡段随之变形。将上述直筒体内部灌入经熔化后的液态低熔点合金，灌满后冷却凝固，采用截面压缩变形模具和液压机缓慢压缩直筒体，其中封闭端的筒体形状保持不变，开口端圆形截面段的横截面逐渐被压缩至设计形状，所述设计形状为带倒角的矩形，矩形的长和宽分别为a和b，倒角为r。同时，在截面压缩变形模具和液压机的作用下，圆形变截面段也逐渐变形为圆形截面到矩形截面的圆滑过渡的变截面段。其中，低熔点合金可以包括Sn-Pb合金、Sn-Ag合金，熔点在250℃-350℃范围内；当筒体内灌入液态低熔点合金的过程中，相当于直筒体又经历了一次不完全退火。

S30：轴向压弯成形。将上述变截面直筒体，采用弯曲专用模具和液压机缓慢压弯至设计弯曲状态，使筒体的中心轴线弧形半径R达到设定值，再整体加热将筒体内的填料熔出。

S40：截取预设长度的弯筒体。采用专用切割夹具将上述变截面弯筒体开口端的余量切除，使带封底的弯筒体长度达到预设长度。或者，当变截面弯筒体的横截面尺寸精度较低时，也可以补充开展胀形处理。即对上述变截面弯筒体封堵开口端并放置于弯曲专用模具中，向变截面弯筒体内部充满液压水，采用水压法进行胀形处理，进一步提高制造精度。

进一步地，在本发明所示上述实施例的步骤S40中当变截面弯筒体长度较短时，需要将相匹配的筒体段和变截面弯筒体开口端的矩形焊缝进行拼接时，其拼接采取的的激光或激光电弧复合焊接方法包括：参阅附图6所示，首先将变截面弯筒体装配于焊接夹具2中，机械手执行端6安装有电动转台5，电动转台5通过卡盘4夹持焊接夹具2的夹具夹持端3，通过操控第一机械手，可以实现变截面弯筒体的翻转、平移等姿态变换；矩形焊缝包括四个平直段和四个圆角段，每两个平直段间隔一个圆角段，矩形焊缝的焊接起始点从平直段起焊，焊接热源1在第二机械手执行端的作用下实现匀速平移焊接，当矩形焊缝过渡至圆角部位时，第一机械手执行端同时做变速平移和匀速翻转运动，使圆角段的焊接线速度与平直段的焊接速度相当且圆角段作用点始终处于焊接热源1的焊接平面上，故整个矩形焊缝在匀速条件下完成焊接，能够达到焊缝熔宽和接头力学性能的一致性。

采用本发明实施例所示方法制造的铝合金变截面弯筒体几何制造精度高，中心轴线弧形半径R的制造公差能够控制在±1.0mm范围内，壁厚公差能够控制在±0.2mm范围内，长度公差能够控制在±1.0mm范围内，矩形截面和圆形截面的几何公差均能够控制在±0.8mm范围内，其他公差均能够控制在自由公差范围内。与常规铝合金变截面弯筒体制造方法相比，不仅减少两道纵向焊缝，显著简化了制造工艺，大幅提高了制造效率，也更利于实现批量的自动化作业，而且本发明制造的变截面弯筒体外形几何尺寸精度提高约50%。而且，与钛合金材质相比，显著降低结构重量约40%，完全可以替代钛合金材质实现高效高质量的变截面弯筒体制造。

最后，本发明上述实施例的变截面弯筒体应用于飞机机翼前缘的滑轨套筒，减少了滑轨套筒焊缝的数量，提高了滑轨套筒的结构强度。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims

1.一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S20：向上述直筒体内灌入熔化后的液态低熔点合金，灌满后冷却凝固；施加外力压缩直筒体靠近开口端的部位，直至该部位的截面被压缩至设计形状；同时，向该部位与直筒体的圆形截面的连接部位施加外力逐渐将该连接部位压缩为设计形状到圆形截面的圆滑过渡变截面，形成变截面直筒体；

2.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S10中，选取的所述铝合金薄板为厚度3-6mm的O态铝合金。

3.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S10中，铝合金薄板经过拉深和旋压工艺制成的直筒体的壁厚为2-5mm。

4.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S10中，当所述直筒体的截面积小于要求时，向所述直筒体内部充满液压水，增大所述直筒体内部液压水的水压进行胀形处理。

5.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S20中，所述设计形状为矩形。

6.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S20中，所述液态低熔点合金的熔点在250-350℃之间。

7.根据权利要求1所述的一种变截面弯筒体制造方法，其特征在于，在步骤S40中，所述相匹配的筒体段与变截面弯筒体的开口端对接拼焊的焊接方法包括激光焊、激光电弧复合焊、激光填丝焊和氩弧焊。