CN112742970A - 一种阶梯型包角零件的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种阶梯型包角类零件的成形方法，该方法通过利用阶梯型包角零件的结构特征反向构造工艺型面，多步骤的成形阶梯型包角零件，整个成形过程中包角零件法兰面与模具之间不产生相对移动，通过浅而深的拉延筋使得后续工序中包角零件的R角与模具之间不产生相对移动，进而可以成形出表面质量好、回弹小的具有小R角特征的包角类零件。

Description

一种阶梯型包角零件的成形方法

技术领域

本发明涉一种飞机舱门上的包角类零件的成形，尤其是具有小圆角特征的阶梯型包角类零件的成形方法。

背景技术

包角类零件多用于飞机登机门、货舱门的周圈部分，起到门框与机身部件的连接作用。包角类零件包覆在门框外表面，作为外观零件，对零件的表面质量要求较高，表面不允许有擦划伤。包角零件法兰面曲率变化较小，在法兰内缘进行第一次折弯形成法兰第一侧壁，折弯呈圆弧状，在包角零件台阶内缘处进行第二次折弯形成法兰第二侧壁，两次折弯的弯曲半径较小，通常折弯半径为0.8-2.5mm。由于零件的法兰面平缓、折弯半径较小，难以采用传统的拉深方式进行成形，零件成形最易出现的两种缺陷形式是法兰面的回弹及在折弯处的破裂。

目前在航空制造领域包角类零件的成形方式多采用落压或者分瓣成形，实用新型《一种客机舱门门包角零件的小圆角成形模具结构》(CN209094284U)提供了一种包角类零件的成形模具结构，该模具结构结合了主动式充液成形和橡皮囊的成形方式，该模具结构用于成形包角类零件的侧壁部分及法兰处的R角，但是该模具结构仅仅作为多个工序成形包角类零件中的一序，利用该模具结构无法成形出完整的包角类零件。专利《一种飞机门区阶梯形包角零件拉深成形方法》(CN109013926)提供一种阶梯型包角零件的成形方法及模具，其成形思路与(CN209094284U)相似，都是将单个或对称包角零件组合成一个封闭阶梯形环状体进行成形，可以实现一模4件，针对航空零件小批量的特点大大增加了模具的制造成本。CN109013926中通过压边圈与凹模合模的方式成形包角零件法兰，由于塑性变形区域小，在成形结束后法兰区域回弹较大，无法保证成形精度。同时由于零件带有两个阶梯，在成形的过程中悬空区较多，导致成形过程中悬空区有较多的起皱，且在底部圆角8处由于R角较小在拉深过程中易在零件表面产生压痕和划伤，影响零件的表面质量。同时由于拉深过程中防皱展开毛坯13中部开孔逐渐增大，如果侧壁高度较高则在防皱展开毛坯13的开孔处易产生严重的撕裂，因此在专利(CN109013926)中规定了产品侧壁最下部放边高度≤30mm，否则需要增加过渡模具减缓一次拉深材料变形量。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种阶梯型包角类零件的成形方法。

一种阶梯型包角零件的成形方法，已知该包角零件的设计模型，包角零件含有法兰面、台阶面、第一法兰侧壁和第二法兰侧壁，法兰面和第一法兰侧壁之间有第一过渡圆角，第一法兰侧壁与台阶面之间有第二过渡圆角，台阶面与第二法兰侧壁之间有第三过渡圆角，其特征在于包含以下内容：1)根据包角零件的设计模型构造工艺模型，该工艺模型将包角零件扩展为一个含有工艺面的型腔结构，将包角零件法兰面的外缘扩展为型腔结构的底面，将包角零件的第一法兰侧壁扩展为型腔前侧壁，将包角零件的台阶面和第二法兰侧壁扩展到工艺面上，型腔的底面与工艺面圆滑过渡；2)根据工艺模型成形包角零件的预成型件，该预成型件含有法兰面、型腔第一过渡圆角、型腔侧壁、型腔第二过渡圆角和工艺面，型腔第一过渡圆角与第一过渡圆角对应，型腔侧壁与第一法兰侧壁对应，型腔第二过渡圆角与第二过渡圆角对应，台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁展开在工艺面内；3)通过整形模具，将预成型件整形为包角零件的工序件，该工序件包含法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁和第二过渡圆角，台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁依然展开在工艺面内；4)通过成形模具，将包角零件的工序件成形为最终的包角零件，在工序件上成形台阶面、第二法兰侧壁以及台阶面与第二法兰侧壁之间的第三过渡圆角；5)最后将多余的工艺边切除即可完成包角零件的最终成形。

在工艺模型中，型腔的底面与型腔前侧壁之间的过渡圆角为第一过渡圆角半径的3-4倍，型腔前侧壁与工艺面之间的过渡圆角为第二过渡圆角半径的3-4倍。

所述的整形模具含有整形下模、整形上模和整形压延边，整形下模的上表面含有与包角零件法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁匹配的成形面和与预成型件工艺面匹配的成形面，在整形下模的近外缘处设有弧形的压紧槽，所述的整形上模的左侧壁与包角零件的第一法兰侧壁匹配，整形上模的下表面与预成型件的工艺面匹配，整形上模的左侧壁与下表面之间的过渡圆角与包角零件的第二过渡圆角匹配，所述整形压延边的下表面与整形下模的法兰成形面匹配，其上设有与压紧槽对应的压紧凸台。

所述的成形模具含有成形下模、成形上模和成形压延边，所述的成形下模上表面与包角零件的法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁、第二过渡圆角、台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁的下表面匹配，在成形下模的近外缘处设有弧形的压紧槽，所述的成形上模的左侧壁与包角零件的第二法兰侧壁匹配，所述的成形压延边的下表面与包角零件的法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁、第二过渡圆角和台阶面的上表面匹配。

本发明的有益效果在于：

(1)解决了包角类零件小R过渡圆角难成形的难题，整个成形过程无起皱趋势，第二步整形过程及第三步成形台阶侧壁过程板料与压延边不产生相对滑动，可以显著提高包角零件的外观面表面质量。

(2)针对用于航空多品种小批量的包角类零件，模具结构采用一模一件的成形的方式，可以有效降低模具的成本。

(3)采用该成形方法可以成形出单阶梯、双阶梯或者三阶梯的包角类零件，同时可以成形出包角零件侧壁尺寸较大的零件。

(4)采用该成形方法可使得包角零件产生均匀的塑性变形，有利于减小零件的回弹。

以下结合实施例对本申请做进一步详细描述。

附图说明

图1为阶梯型包角零件示意图。

图2为工艺模型示意图。

图3为预成形件示意图。

图4为通过整形模具对预成型件整形示意图。

图5为通过成形模具对工序件成形示意图。

图6成形后的阶梯型包角零件示意图。

图中编号说明：1法兰面、2第一过渡圆角、3第一法兰侧壁、4第二过渡圆角、5台阶面、6第三过渡圆角、7第二法兰侧壁、8型腔第一过渡圆角、9型腔前侧壁、10型腔第二过渡圆角、11销钉孔、12工艺面、13型腔凸模圆角、14整形压延边、15整形上模、16工序件、17压紧槽、18整形下模、19成形压延边、20成形上模、21零件、22成形下模。

具体实施方式

参见附图，本申请设计的阶梯型包角零件如图1所示，已知该包角零件的设计模型，包角零件含有法兰面1、台阶面5、第一法兰侧壁3和第二法兰侧壁7，法兰面1和第一法兰侧壁3之间有第一过渡圆角2，第一法兰侧壁3与台阶面5之间有第二过渡圆角4，台阶面5与第二法兰侧壁7之间有第三过渡圆角6。具体的成型方法如下：

步骤一：首先根据包角零件的设计模型构造工艺模型。

该工艺模型将包角零件扩展为一个含有工艺面的型腔结构，将包角零件法兰面的外缘扩展为型腔结构的底面，将包角零件的第一法兰侧壁扩展为型腔前侧壁，将包角零件的台阶面和第二法兰侧壁扩展到工艺面上，型腔的底面与工艺面圆滑过渡。如图2所示。工艺模型面的弧度形状与包角零件第一法兰侧壁3的弧度相似，将包角零件的第一过渡圆角2放大3倍形成型腔第一过渡圆角8，将包角零件的第二过渡圆角4放大3倍形成型腔第二过渡圆角10，包角零件台阶面5外插延伸形成工艺面12，在工艺模型面外缘设置两个销钉孔11，型腔凸模圆角13设置为15倍的材料厚度，型腔凸模圆角13与型腔第一过渡圆角8之间采用渐变的圆角进行圆滑过渡。

步骤二：根据工艺模型成形包角零件的预成型件。该预成型件含有法兰面、型腔第一过渡圆角8、型腔侧壁9、型腔第二过渡圆角10和工艺面12，型腔第一过渡圆角8与第一过渡圆角2对应，型腔侧壁9与第一法兰侧壁3对应，型腔第二过渡圆角10与第二过渡圆角4对应，台阶面5、第三过渡圆角6和第二法兰侧壁7展开在工艺面12内。如图2、图3所示。在工艺型面设计完成之后进行预成形模具制造，预成形模具包括凹模、凸模、压边圈，凹模型面与工艺模型面相同，压边圈型面凹模型面匹配，凸模型面可以通过压边圈与凹模型面匹配，通过拉深成形出如图3所示的型腔类预成形件。

步骤三：通过整形模具，将预成型件整形为包角零件的工序件。该工序件包含法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁和第二过渡圆角，台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁依然展开在工艺面内。实施中的整形模具含有整形下模18、整形上模15和整形压延边14，整形下模18的上表面含有与包角零件法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁匹配的成形面和与预成型件工艺面匹配的成形面，在整形下模18的近外缘处设有弧形的压紧槽17，所述的整形上模15的左侧壁与包角零件的第一法兰侧壁匹配，整形上模15的下表面与预成型件的工艺面匹配，整形上模15的左侧壁与下表面之间的过渡圆角与包角零件的第二过渡圆角匹配，所述整形压延边的下表面与整形下模的法兰成形面匹配，其上设有与压紧槽17对应的压紧凸台。整形时，将工序件放置在整形下模18上，并通过两个销钉孔11对工序件16进行定位，整形压延边14下移与整形下模18合模后，整形上模15下移，直至整形上模15与整形下模18合模，成形过程如图5所示，该步骤通过整形成形出包角零件的法兰面1、第一过渡圆角2、第一法兰侧壁3、第二过渡圆角4及工艺面12。

步骤四：通过成形模具，将包角零件的工序件成形为最终的包角零件，在工序件上成形台阶面5、第二法兰侧壁6以及台阶面与第二法兰侧壁之间的第三过渡圆角6。如图5所示，所述的成形模具含有成形下模22、成形上模20和成形压延边19，所述的成形下模22上表面与包角零件的法兰面1、第一过渡圆角2、第一法兰侧壁3、第二过渡圆角4、台阶面5、第三过渡圆角6和第二法兰侧壁7的下表面匹配，在成形下模22的近外缘处设有弧形的压紧槽17，所述的成形上模20的左侧壁与包角零件的第二法兰侧壁7匹配，所述的成形压延边19的下表面与包角零件的法兰面1、第一过渡圆角2、第一法兰侧壁3、第二过渡圆角4和台阶面5的上表面匹配。成形时，将步骤三成形的工序件放置在成形下模22上表面，并通过销钉孔对零件进行定位，成形压延边19下移后与成形下模22合模后成形上模20下移，成形过程如图6所示，该步骤成形出包角零件的台阶面5、第三过渡圆角、法兰第二侧壁7，成形后的零件如图6所示。

最后，对步骤四成形的零件21进行最终轮廓的切割及制孔，最终成形出如图1所示的包角零件。

Claims (4)

1.一种阶梯型包角零件的成形方法，已知该包角零件的设计模型，包角零件含有法兰面、台阶面、第一法兰侧壁和第二法兰侧壁，法兰面和第一法兰侧壁之间有第一过渡圆角，第一法兰侧壁与台阶面之间有第二过渡圆角，台阶面与第二法兰侧壁之间有第三过渡圆角，其特征在于包含以下内容：1)根据包角零件的设计模型构造工艺模型，该工艺模型将包角零件扩展为一个含有工艺面的型腔结构，将包角零件法兰面的外缘扩展为型腔结构的底面，将包角零件的第一法兰侧壁扩展为型腔前侧壁，将包角零件的台阶面和第二法兰侧壁扩展到工艺面上，型腔的底面与工艺面圆滑过渡；2)根据工艺模型成形包角零件的预成型件，该预成型件含有法兰面、型腔第一过渡圆角、型腔侧壁、型腔第二过渡圆角和工艺面，型腔第一过渡圆角与第一过渡圆角对应，型腔侧壁与第一法兰侧壁对应，型腔第二过渡圆角与第二过渡圆角对应，台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁展开在工艺面内；3)通过整形模具，将预成型件整形为包角零件的工序件，该工序件包含法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁和第二过渡圆角，台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁依然展开在工艺面内；4)通过成形模具，将包角零件的工序件成形为最终的包角零件，在工序件上成形台阶面、第二法兰侧壁以及台阶面与第二法兰侧壁之间的第三过渡圆角；5)最后将多余的工艺边切除即可完成包角零件的最终成形。

2.如权利要求1所述的阶梯型包角零件的成形方法，其特征在于，在工艺模型中，型腔的底面与型腔前侧壁之间的过渡圆角为第一过渡圆角半径的3-4倍，型腔前侧壁与工艺面之间的过渡圆角为第二过渡圆角半径的3-4倍。

3.如权利要求1所述的阶梯型包角零件的成形方法，其特征在于，所述的整形模具含有整形下模、整形上模和整形压延边，整形下模的上表面含有与包角零件法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁匹配的成形面和与预成型件工艺面匹配的成形面，在整形下模的近外缘处设有弧形的压紧槽，所述的整形上模的左侧壁与包角零件的第一法兰侧壁匹配，整形上模的下表面与预成型件的工艺面匹配，整形上模的左侧壁与下表面之间的过渡圆角与包角零件的第二过渡圆角匹配，所述整形压延边的下表面与整形下模的法兰成形面匹配，其上设有与压紧槽对应的压紧凸台。

4.如权利要求1所述的阶梯型包角零件的成形方法，其特征在于，所述的成形模具含有成形下模、成形上模和成形压延边，所述的成形下模上表面与包角零件的法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁、第二过渡圆角、台阶面、第三过渡圆角和第二法兰侧壁的下表面匹配，在成形下模的近外缘处设有弧形的压紧槽，所述的成形上模的左侧壁与包角零件的第二法兰侧壁匹配，所述的成形压延边的下表面与包角零件的法兰面、第一过渡圆角、第一法兰侧壁、第二过渡圆角和台阶面的上表面匹配。

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