CN113664039B - 一种金属板构件的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属薄板成形技术领域，公开了一种金属板构件的成型方法，包括：将机身壁板零件展开为平板结构；根据所述平板结构制备具有台阶的第一板坯；位于垂直于所述第一板坯的弯曲方向的两边缘分别设置厚度扩张量和周向扩张量，形成第二板坯；确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形；以及获得金属板构件。对于存在小厚度差的不等厚壁板，采用本发明所述方法可实现变厚度壁板的无垫料成形，且不受材料状态、厚度、尺寸的限制；无需设计加工垫料，成本低、实现方便、加工周期短；本方法不需要加热，所需塑性变形量小，因此非常适合应用于温度敏感性高、或不能进行热加工的零件成形。
Description
技术领域
本发明涉及金属薄板成形技术领域，尤其涉及一种金属板构件的成型方法。
背景技术
随着我国航空制造技术的发展和人们对环境保护的重视，绿色制造正在挑战传统制造方法，以避免有害健康以及对环境的污染。为此，目前用数控机铣方式来代替传统化学铣削是行业趋势，这导致了变厚度类机身壁板在构件制造时加工模式产生了根本变化，由传统的“成形→化铣”变为了“机铣→成形”。这种加工模式的变化，改变了传统的重污染化铣的制造方法，促进了航空绿色节能制造的先进技术应用。变厚度机身壁板是飞机一类重要的结构件，是由整块板坯经过铣切、成形等工序制成。
这种类型机身壁板具有重量轻、表面光滑、结构强度高、刚性好等优点，已被广泛应用于航空结构件。但由于变厚度机身壁板内表面几何形状存在不规则、结构复杂等特点，其制造工艺比较困难。
目前可成形航空薄壁构件的工艺主要有：喷丸成形、拉弯成形、压弯成形、滚压成形、时效蠕变成形等。喷丸成形和时效蠕变成形只能加工小曲率的构件，无法实现具有大曲率壁板的加工。拉弯成形仅能加工等厚度板坯，无法对带变厚度结构的壁板进行成形。压弯成形虽然可以进行大曲率壁板加工，但由于工艺过程的间断性和变形非均匀性，无法加工出高品质的机身壁板。滚压成形是一种连续的成形方法，可以克服压弯成形的缺陷，主要用来成形等曲率、变曲率的二维曲面，广泛应用于壁板等构件制造。
存在小厚度差的不等厚壁板通常需采用垫料成形，若不采用垫料直接滚弯，会产生变形和扭曲，成形精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属板构件的成型方法，以解决存在小厚度差的不等厚壁板需要采用垫料成形的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属板构件的成型方法，包括：
将机身壁板零件展开为平板结构；
根据所述平板结构制备具有台阶的第一板坯；
沿垂直于所述第一板坯的弯曲方向的两边缘分别设置厚度扩张量和周向扩张量，形成第二板坯；
确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形；以及
获得金属板构件。
对于存在小厚度差的不等厚壁板，采用本发明所述方法可实现变厚度壁板的无垫料成形，且不受材料状态、厚度、尺寸的限制；无需设计加工垫料，成本低、实现方便、加工周期短；本方法不需要加热，所需塑性变形量小，因此非常适合应用于温度敏感性高、或不能进行热加工的零件成形。
作为优选，所述获得金属板构件的步骤后还包括：
将所述金属板构件进行检具检测，并进行局部校形。
作为优选，所述将机身壁板零件展开为平板结构的步骤包括：
根据实际加工的机身壁板零件的三维几何结构和选材要求，运用CAE软件将机身壁板零件展开为平板结构。
作为优选，所述根据所述平板结构制备具有台阶的第一板坯的步骤包括：
运用机械铣削加工方法，按所述平板结构的形状，将具有初始等厚度的板坯加工成所述第一板坯。
作为优选，所述位于垂直于所述第一板坯的弯曲方向的两边缘分别设置厚度扩张量和周向扩张量，形成第二板坯的步骤包括：
在所述第一板坯的两侧固定连接支撑件。
作为优选，所述支撑件的材料与所述第一板坯的材料相同。
作为优选，所述支撑件的弯曲程度与所述第一板坯的弯曲程度相同。
作为优选，所述支撑件的表面设有垫片。
作为优选，所述确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形的步骤包括：
运用CAE软件计算上轧辊的下压量与所述第二板坯的曲率半径之间的定量关系，获得所述滚压参数。
作为优选，所述确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形的步骤还包括：
将所述滚压参数输入数控滚压机，生成数控代码，将所述第二板坯放入所述数控滚压机，执行所述数控代码，完成所述第二板坯的滚压成形。
本发明的有益效果：对于存在小厚度差的不等厚壁板，采用本发明所述方法可实现变厚度壁板的无垫料成形，且不受材料状态、厚度、尺寸的限制；无需设计加工垫料，成本低、实现方便、加工周期短；本方法不需要加热，所需塑性变形量小，因此非常适合应用于温度敏感性高、或不能进行热加工的零件成形。
附图说明
图1是本发明的具体实施例的第一板坯的结构示意图；
图2是本发明的一具体实施例的第二板坯的结构示意图；
图3是本发明的另一具体实施例的第二板坯的结构示意图；
图4是图3所示的第二板坯滚压成形时的结构示意图。
图中：
1-第一板坯；2-支撑件；3-上轧辊；4-下轧辊。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
本发明提供一种金属板构件的成型方法，在本实施例中，用于加工机身门框蒙皮构件，蒙皮材料为铝合金2024-T3，机身壁板零件的厚度从5mm-15mm分布不等。
首先展开机身壁板零件为平板结构。根据实际加工的机身门框蒙皮的三维几何结构和铝合金2024-T3要求，运用CAE软件Dynaform将机身门框蒙皮零件展开为平板结构。
如图1，继续根据平板结构制备第一板坯1，第一板坯1具有台阶。具体地，将初始厚度为7mm的铝合金2024-T3加工成一侧面设有台阶的第一板坯1。
沿垂直于第一板坯1的弯曲方向的两边缘设置厚度扩张量和周向扩张量，形成第二板坯。
如图2和图4所示，在本实施例中，第一板坯1两侧固定连接支撑件2。
在本实施例中，在第一板坯1沿垂直于弯曲方向的两侧焊接支撑件2，使支撑件2凸出于第一板坯1。当上轧辊3和下轧辊4置于支撑件2的上下表面时，不会与第一板坯1接触。
需要说明的是，支撑件2的厚度至少应当使对应台阶的上轧辊3在支撑件2上滚动(不施加压力)时，不会与第一板坯1接触。
在另一实施例中，如图3所示，支撑件2可以继续加厚，此时更容易避免上轧辊3置于支撑件2时与第一板坯1接触。
如图4，是在图3所示的第二板坯基础上对第二板坯数控滚压成形。
制作第二板坯后，确定第二板坯的滚压参数，根据滚压参数对第二板坯数控滚压成形。
具体地，针对第二板坯，运用CAE软件计算上轧辊3的下压量与第二板坯的曲率半径之间的定量关系，获得滚压参数；然后，将滚压参数输入数控滚压机，生成数控代码，将第二板坯放入数控滚压机，执行数控代码，上轧辊3和下轧辊4分别在第二板坯两个表面上运动并施加压力，支撑件2发生塑形变形，随后第一板坯1变形最终完成第二板坯的滚压成形。
需要说明的是，本实施例中支撑件2的材料与第一板坯1的材料相同。即支撑件2的材料选用铝合金2024-T3。
另外，为了上轧辊3和下轧辊4的滚压流畅度，支撑件2的弯曲程度与第一板坯1的弯曲程度相同。
随后，当第二板坯完成变形后，切割支撑件2使支撑件2与第一板坯1分离，获得金属板构件。
将获得的金属板构件进行检具检测，并局部校形，经对本实施例的校形机身门框蒙皮进行的表面质量检测，包括对曲率半径和直线度的检测，以符合加工图纸要求。
对于存在小厚度差的不等厚壁板，采用本发明所述方法可实现变厚度壁板的无垫料成形，且不受材料状态、厚度、尺寸的限制；无需设计加工垫料，成本低、实现方便、加工周期短；本方法不需要加热，所需塑性变形量小，因此非常适合应用于温度敏感性高、或不能进行热加工的零件成形。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种金属板构件的成型方法，其特征在于，包括：
将机身壁板零件展开为平板结构；
根据所述平板结构制备具有台阶的第一板坯（1）；
位于垂直于所述第一板坯（1）的弯曲方向的两边缘分别设置厚度扩张量和周向扩张量，即在所述第一板坯（1）的两侧固定连接支撑件（2），形成第二板坯；
当上轧辊(3)和下轧辊(4)置于所述支撑件(2)的上下表面时，不会与所述第一板坯(1)接触；
确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形；
当所述第二板坯完成变形后，切割所述支撑件（2）使所述支撑件（2）与所述第一板坯（1）分离，获得金属板构件。
2.根据权利要求1所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述获得金属板构件的步骤后还包括：
将所述金属板构件进行检具检测，并进行局部校形。
3.根据权利要求1所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述将机身壁板零件展开为平板结构的步骤包括：
根据实际加工的机身壁板零件的三维几何结构和选材要求，运用CAE软件将机身壁板零件展开为平板结构。
4.根据权利要求1所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述根据所述平板结构制备具有台阶的第一板坯（1）的步骤包括：
运用机械铣削加工方法，按所述平板结构的形状，将具有初始等厚度的板坯加工成所述第一板坯（1）。
5.根据权利要求1所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述支撑件（2）的材料与所述第一板坯（1）的材料相同。
6.根据权利要求1或5所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述支撑件（2）的弯曲程度与所述第一板坯（1）的弯曲程度相同。
7.根据权利要求6所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述支撑件（2）的表面设有垫片。
8.根据权利要求1所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形的步骤包括：
运用 CAE 软件计算上轧辊（3）的下压量与所述第二板坯的曲率半径之间的定量关系，获得所述滚压参数。
9.根据权利要求8所述的金属板构件的成型方法，其特征在于，所述确定所述第二板坯的滚压参数，根据所述滚压参数对所述第二板坯数控滚压成形的步骤还包括：
将所述滚压参数输入数控滚压机，生成数控代码，将所述第二板坯放入所述数控滚压机，执行所述数控代码，完成所述第二板坯的滚压成形。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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