CN112719021B - 一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及使用方法 - Google Patents

一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空飞行器钣金件制造加工技术领域，公开了一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，包括底座、模具和柔性侧压块，其中，模具和柔性侧压块安装在底座上，模具的有效模面与零件要求的内表面相同，模具与柔性侧压块之间具有间距，模具与柔性侧压块之间的间距是为橡皮囊加工零件凸弯边所用的空间，柔性侧压块朝向模具的一侧为型面。本发明采用的带有柔性侧压块的复合工装，成形多种尺寸、不同曲率的凸弯边零件，成形方法与传统的橡皮囊成形完全相同，易于实现推广。

Description

一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及使用方法
技术领域
本发明属于航空飞行器钣金件制造加工技术领域，涉及一种钣金件橡皮囊成形用的工装及使用方法，具体涉及一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及使用方法。
背景技术
橡皮囊成形技术的原理是将部分刚性模具由橡皮囊代替并作为弹性凸模或凹模，并使板料在由高压液体作为传压介质的作用下随着刚性凹模或凸模变形的成形方法。其中，凸弯边部分的板料因受径向拉应力和切向压应力作用，而容易发生起皱的问题。
在航空制造业中，飞机钣金零部件成为复杂的飞机构造中重要的组成部分。飞机钣金件约占飞机结构零部件百分之五十以上。满足飞机设计以及装配精度要求应从提高钣金件的成形质量入手，从而提高生产效率，降低成本。从成形后的人为手工校形，现在已进入到精密成形阶段。
在飞机钣金件生产过程中，诸如比较复杂的框肋类零件普遍采用半手工操作半落压成形的方法，这种方法成形出的零件表面质量、疲劳特性比较差，部分零件要靠工人手工校形。飞机框肋类零件具有形状多样化、产量小的特点。采用传统的制造方法，一般满足不了航空工厂的要求；对于此类零件，常用液压橡皮囊成形方法来进行成形。与传统落压成形相比，此方法不仅可以成形出形状复杂、精度要求高的零件，而且能缩短生产周期、改善零件表面品质，在飞机制造业中得到了广泛应用。
随着橡皮囊成形的出现，航空钣金件制造工艺中已经逐步取代了传统的落压成形工艺，是一种省时、高效、低能耗、污染小和提高零件表面质量、控制加工缺陷的一种不可或缺的飞机钣金件成形方法。橡皮囊成形技术的应用会越来越广。
现有的橡皮囊成形技术一般采用侧压块方法以控制零件缺陷，当采用侧压块成形时，板料需搭在侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上。由于板料与侧压块之间存在摩擦，板料在成形的过程中受到侧压块的附加拉应力。根据屈雷斯加屈服准则，屈服应力σs＝σr-σθ，其中σr为径向拉应力，σθ为切向压应力，增加σr可以减小σθ，增大径向拉应力的同时减小切向压应力，从而达到消皱的目的。
传统的工艺装备大量采用刚性结构，设计制造周期长、研制成本高、开敞性差、应用单一，难以满足飞机多品种、小批量生产模式下的研制需求。因此，如何缩短工装的准备周期，并以较小的生产成本满足飞机零部件的结构变化，从而快速响应飞机装配工艺过程，实现飞机装配制造的柔性化和快速化，成为飞机制造企业面临的技术瓶颈和研究热点。
目前，在飞机钣金件成形的过程中，橡皮囊成形已然成为航空钣金件的非常重要的成形方法。飞机上的钣金件种类繁多、批量小，而一套橡皮囊成形模具只能成形一种零件。
本发明涉及一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及设计方法。以“橡皮囊成形”为关键词检索到相关领域发明专利12条、实用新型专利5条，以“柔性工装”为关键词检索到相关领域发明专利118条、实用新型86条，这些专利均不包括本申请所涉及的内容。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装及使用方法，不仅保证了凸弯边类零件的成形质量，而且满足各种尺寸、各种形状的凸弯边零件的成形，且降低了模具生产成本、提高零件生产效率。
本发明的技术方案是：
一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，包括底座、模具和柔性侧压块，其中，模具和柔性侧压块安装在底座上，模具的有效模面与零件要求的内表面相同，模具与柔性侧压块之间具有间距，模具与柔性侧压块之间的间距是为橡皮囊加工零件凸弯边所用的空间，柔性侧压块朝向模具的一侧为型面。
进一步的，还有定位销，模具通过定位销固定在底座上。
进一步的，柔性侧压块靠近模具的一侧具有效向下的倾角。
进一步的，柔性侧压块的倾角角度值α在20°至45°之间。
进一步的，柔性侧压块的倾角部分高度D是零件成形高度H的一半。
进一步的，柔性侧压块上表面与倾角的交界处是倒圆角，倒圆角的半径R是板料厚度的6至10倍。
进一步的，柔性侧压块是一定数量的柔性侧压子模块排列连接形成的组合体。
进一步的，柔性侧压子模块是一侧为型面，型面两侧的侧面为连接面的结构；柔性侧压子模块的一侧连接面是连接柱，另一侧连接面是配合连接柱的连接孔；多个柔性侧压子模块通过相互间的连接柱和连接孔配合，从而完成连接面之间的连接。
进一步的，柔性侧压子模块有多种类型，根据柔性侧压子模块的型面弧度划分为不同弧度的柔性侧压子模块，不同弧度的柔性侧压子模块还根据一侧连接面与型面的夹角不同进一步划分为不同弧度、不同连接角度的柔性侧压子模块，然后再根据型面的长度划分为不同弧度、不同连接角度的、不同长度的柔性侧压子模块。
一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据零件的凸弯边加工型面需求，选取不同的柔性侧压子模块排列拼装为柔性侧压块，使得柔性侧压块的型面凹陷部位与板料凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于设计要求；
步骤二、安装柔性侧压块和模板，模具与柔性侧压块的初始距离A是方便橡皮囊进入的空间距离；
步骤三、将板料放在模具上，板料边搭在柔性侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上；
步骤四，板料在橡皮囊的压力下沿着模具成形，随着橡皮囊施加的压力的增大，变形抗力也逐渐增大，板料由弹性变形到塑性变形，当橡皮囊下降到底部时，板料与凸弯边模具贴模。
本发明的优点是：本发明的柔性侧压块复合工装在成形时，板料搭在侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上。板料在橡皮囊的压力下沿着模具成形，边界内材料受到压应力容易起皱，随着橡皮囊下压，柔性侧压块与板料之间的摩擦力越来越大，且与板料的流动方向相反，柔性侧压块与板料间的摩擦力产生的附加拉应力可以与压应力相抵，从而减少了起皱的出现，随着橡皮囊施加的压力的增大，板料的变形抗力也逐渐增大，板料由弹性变形到塑性变形，板料有沿着侧压块斜面向下滑动的趋势。板料的变形抗力会一点点增大，但橡皮囊的压力要大于板料的摩擦力和变形抗力的共同作用，因此板料会在橡皮囊的压力下，逐渐向下流动，柔性侧压块的存在控制了切向压应力的增大。当橡皮囊下降到底部时，板料与凸弯边模具贴模。
本发明的带有柔性侧压块的复合工装在成形前，选择的柔性侧压块拼接方案应与模具凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于5mm的柔性侧压块与模具配合成形零件。本发明采用的带有柔性侧压块的复合工装，成形多种尺寸、不同曲率的凸弯边零件，成形方法与传统的橡皮囊成形完全相同，易于实现推广。
附图说明
图1为复合工装轴向示意图；
图2为复合工装分解示意图；
图3为复合工装的结构参数；
图4为复合工装凸弯边钣金件成形过程示意图；
图5为柔性侧压块的拼接方式示意图；
图6为侧压块外形示意图；
其中，1—底板，2—模具，3—板料，4—柔性侧压块，5—定位销。
具体实施方式
本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。
一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，包括底座1、模具2和柔性侧压块4，其中，模具2和柔性侧压块4安装在底座1上，模具2的有效模面与零件要求的内表面相同，模具2与柔性侧压块4之间具有间距，模具2与柔性侧压块4之间的间距是为橡皮囊加工零件凸弯边所用的空间，柔性侧压块4朝向模具2的一侧为型面。
还有定位销5，模具2通过定位销5固定在底座1上。
柔性侧压块4靠近模具2的一侧具有效向下的倾角。
柔性侧压块4的倾角角度值α在20°至45°之间。
柔性侧压块4的倾角部分高度D是零件成形高度H的一半。
柔性侧压块4上表面与倾角的交界处是倒圆角，倒圆角的半径R是板料3厚度的6至10倍。
柔性侧压块4是一定数量的柔性侧压子模块排列连接形成的组合体。
柔性侧压子模块是一侧为型面，型面两侧的侧面为连接面的结构；柔性侧压子模块的一侧连接面是连接柱，另一侧连接面是配合连接柱的连接孔；多个柔性侧压子模块通过相互间的连接柱和连接孔配合，从而完成连接面之间的连接。
进一步的，柔性侧压子模块有多种类型，根据柔性侧压子模块的型面弧度划分为不同弧度的柔性侧压子模块，不同弧度的柔性侧压子模块还根据一侧连接面与型面的夹角不同进一步划分为不同弧度、不同连接角度的柔性侧压子模块，然后再根据型面的长度划分为不同弧度、不同连接角度的、不同长度的柔性侧压子模块。
一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装使用方法，包括以下步骤：
步骤一、根据零件的凸弯边加工型面需求，选取不同的柔性侧压子模块排列拼装为柔性侧压块，使得柔性侧压块的型面凹陷部位与板料凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于设计要求；
步骤二、安装柔性侧压块和模板，模具与柔性侧压块的初始距离A是方便橡皮囊进入的空间距离；
步骤三、将板料放在模具上，板料边搭在柔性侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上；
步骤四，板料在橡皮囊的压力下沿着模具成形，随着橡皮囊施加的压力的增大，变形抗力也逐渐增大，板料由弹性变形到塑性变形，当橡皮囊下降到底部时，板料与凸弯边模具贴模。
下面结合附图说明本发明另一个实施例
复合工装包括：柔性侧压块4、底座1、模具2以及定位销5。
图2的分解示意图给出了该复合工装的装配示意关系，其中模具2通过定位销5固定在底座1上。
模具2有效模面与零件的内表面相同，拼装好的柔性侧压块4的有效型面凹陷部位与模具2凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于5mm。图3中模具与柔性侧压块的初始距离A应该选择方便橡皮囊进入的空间距离；倾角α应在20°-45°之间；高度D建议取成形高度H的0.5倍左右；圆角半径R取板料3厚度的6-10倍。
柔性侧压块4由一定数量的侧压块拼接而成。拼接时将一个侧压块侧面的杆头插入另一个侧压块侧面相对应的孔中，完成一次拼接，最后拼接成一个整体。为了满足成形要求，使拼接完的侧压块工装的有效型面凹陷部位与模具2凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于5mm；每个侧压块的有效型面分为直线段与曲率一定的弧线段(分别为R100、R150、R200、R300)；侧压块有效型面的长度分别为70mm和40mm；侧压块其中一个侧面与型面的夹角为90°，另一个侧面与型面的夹角分别设计为90°、95°、100°、105°(即在拼接过程中两个相邻的侧压块在拼接后会分别产生0°、5°、10°、15°的偏转)。成形前侧压块通过拼接拟合选择最合适的柔性侧压块工装以满足侧压块工装的有效型面凹陷部位与展开板料3凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于5mm的要求。
在进行橡皮囊液压成形前，柔性侧压块复合工装装配完成后，将板料3放置在成形模具2上，如图3所示；成形过程开始前，板料搭在侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上。板料在橡皮囊的压力下沿着模具成形，边界内材料受到压应力容易起皱，随着橡皮囊下压，侧压块与板料之间的摩擦力越来越大，且与板料的流动方向相反，侧压块与板料间的摩擦力产生的附加拉应力可以与压应力相抵，从而减少了起皱的出现，随着橡皮囊施加的压力的增大，材料的变形抗力也逐渐增大，板料由弹性变形到塑性变形，板料有沿着侧压块斜面向下滑动的趋势。板料的变形抗力会一点点增大，但橡皮囊的压力要大于板料的摩擦力和变形抗力的共同作用，因此板料会在橡皮囊的压力下，逐渐向下流动，侧压块的存在控制了切向压应力的增大。当橡皮囊下降到底部时，板料与凸弯边模具贴模。

Claims (7)

1.一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，包括底座(1)、模具(2)和柔性侧压块(4)，其中，模具(2)和柔性侧压块(4)安装在底座(1)上，模具(2)的有效模面与零件要求的内表面相同，模具(2)与柔性侧压块(4)之间具有间距，模具(2)与柔性侧压块(4)之间的间距是为橡皮囊加工零件凸弯边所用的空间，柔性侧压块(4)朝向模具(2)的一侧为型面；柔性侧压块(4)是一定数量的柔性侧压子模块排列连接形成的组合体；
柔性侧压子模块是一侧为型面，型面两侧的侧面为连接面的结构；柔性侧压子模块的一侧连接面是连接柱，另一侧连接面是配合连接柱的连接孔；多个柔性侧压子模块通过相互间的连接柱和连接孔配合，从而完成连接面之间的连接；
柔性侧压子模块有多种类型，根据柔性侧压子模块的型面弧度划分为不同弧度的柔性侧压子模块，不同弧度的柔性侧压子模块还根据一侧连接面与型面的夹角不同进一步划分为不同弧度、不同连接角度的柔性侧压子模块，然后再根据型面的长度划分为不同弧度、不同连接角度的、不同长度的柔性侧压子模块；具体的，每个柔性侧压子模块的有效型面分为直线段与曲率一定的弧线段，弧线段分别为R100、R150、R200、或R300；柔性侧压子模块的有效型面的长度分别为70mm和40mm；柔性侧压子模块的其中一个侧面与型面的夹角为90°，另一个侧面与型面的夹角分别设计为90°、95°、100°或105°。
2.根据权利要求1所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，还有定位销(5)，模具(2)通过定位销(5)固定在底座(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，柔性侧压块(4)靠近模具(2)的一侧具有效向下的倾角。
4.根据权利要求3所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，柔性侧压块(4)的倾角角度值α在20°至45°之间。
5.根据权利要求3所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，柔性侧压块(4)的倾角部分高度D是零件成形高度H的一半。
6.根据权利要求3所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，其特征在于，柔性侧压块(4)上表面与倾角的交界处是倒圆角，倒圆角的半径R是板料(3)厚度的6至10倍。
7.一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装使用方法，其特征在于，使用如权利要求1所述的一种钣金件橡皮囊成形用柔性侧压块复合工装，包括以下步骤：
步骤一、根据零件的凸弯边加工型面需求，选取不同的柔性侧压子模块排列拼装为柔性侧压块，使得柔性侧压块的型面凹陷部位与板料凸弯边处拟合后的最大径向间隙小于设计要求；
步骤二、安装柔性侧压块和模板，模具与柔性侧压块的初始距离A是方便橡皮囊进入的空间距离；
步骤三、将板料放在模具上，板料边搭在柔性侧压块上，橡皮囊对板料及搭边同时加载压力，使搭边部分被压紧在侧压块上；
步骤四，板料在橡皮囊的压力下沿着模具成形，随着橡皮囊施加的压力的增大，变形抗力也逐渐增大，板料由弹性变形到塑性变形，当橡皮囊下降到底部时，板料与凸弯边模具贴模。
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