CN114101489A - 一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，包括以下步骤：制作曲率毛坯，构造过渡成形模，构造压型模，构造校形模，初始渐次橡皮成形，二次橡皮成形，三次橡皮校形，切割及修整。本发明提供了一种多道次橡皮成形过渡工序件的确定办法，通过由内向外渐进式储料成形，解决了一次橡皮成形失稳破裂难题，该方法结合了充液成形及橡皮成形优势，在橡皮成形过程中实现了柔性介质拉‑胀成形，尤其是带棱角的零件，使零件外形准确，成形精度高。

Description

一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法

技术领域

本发明涉及飞机制造领域的钣金零件成形技术，具体是一种用于连续多个小半径方形转角随形围成的封闭凹腔，且内部分布着密集的反向深槽的薄壁钣金加强件的橡皮成形方法及成型模具。

背景技术

薄壁钣金加强件在现代飞机中分布较广，受飞机不同装配环境强度、重量以及气动外形的影响，薄壁加强件大小不一、结构千差万别，成形方法也各有不同。其中一类变曲率多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁铝制加强件具有材料薄、尺寸大、拐角小、筋槽深、型面复杂等多项特征，连续凹腔深槽阻碍了材料的自由流动，该类加强结构的复杂性决定了材料塑性变形的无规律性，长期以来一直沿用传统落压成形工艺进行加工，起皱、变薄、开裂、回弹等成形缺陷始终制约着该类薄壁加强件的交付质量，大量辅助的手工成形及手工校形成为该类复杂加强件外形满足设计要求的唯一保障手段，对零件的力学性能和生产效率影响极大，无法满足新一代飞机研制高可靠性、长寿命的设计要求。

多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁铝制加强件突出的结构特征是周圈由数十个内转角半径接近10mm的垂直方角凸凹随形连接构成了一个深度约26mm的多拐角凹腔，就其中任一方形转角区域计算其拉深系数已接近原材料即2A12-O国产铝合金极限拉深系数，加之薄壁加强件凹腔内部设有数个紧密排列的同等高度逆向深槽，在每个深槽深度保持不变的前提下，深槽宽度从中部向两侧依次减小，薄壁加强件两端深槽最小外形宽度不足80mm，每个深槽底部设有与深槽外形相匹配的减轻孔，减轻孔的宽度小于深槽底部外缘线宽度的一半，无法通过内部开孔来补充深槽区域材料的拉伸，铝合金材料一次拉伸极限不足以成形出如此复杂的薄壁加强件，储料成为该类低塑性铝制加强件首要解决的瓶颈问题。

针对外形曲率要求严格、成形中材料极易变薄开裂的小方角封闭凹腔逆向深槽薄壁铝制加强件，急需一种机械化精确加工方法取代落压成形，以实现零件高精度成形，降低工人劳动强度。

发明内容

橡皮囊成形产品表面质量好、机械化程度高、成本低。为了解决多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁系列加强件长期落压成形质量不稳定，成形过程中容易失稳起皱、疲劳开裂，外缘法兰贴合精度差，难以满足装配需求，本发明的目的在于提供一种带有多方角凹腔逆向深槽结构薄壁钣金零件储料缓裂的橡皮成形方法和一组成型模具。

一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其中加强件内型面由连接法兰、方角凹腔壁、上型面和内槽面构成，连接法兰和方角凹腔壁相交于转角连接线L，加强件内型面的上表面与连接法兰保持一定的曲率，称作加强件上型面，方角凹腔壁和上型面相交于腔体内缘线L₁，紧密排列的多个嵌入式深槽具有一定的型面，称作加强件内槽面，每个内槽面底部都设有与内槽面形状相匹配的长圆形减轻孔，加强件的材料厚度记作δ，加强件内型面向外进行料厚δ偏移得到加强件外型面，该成形方法包括以下步骤：

步骤1:制作曲率毛坯

步骤1-1:设计展开毛坯

将加强件内型面长圆形减轻孔、长方孔及边缘缺口进行曲面填充，利用有限元分析软件的坯料反算功能计算出无孔无缺口的薄壁加强件内型面展开毛坯尺寸；

步骤1-2:设计曲率毛坯

依据内型面展开毛坯尺寸周圈增加15mm～20mm工艺余量作为下料毛坯，将下料毛坯按照加强件上型面曲率设计弧度，称作曲率毛坯；

步骤2:构造过渡成形模

过渡成形模用于成形加强件的上型面和内槽面，过渡成形模由过渡凹模和多个长条形曲率垫板组成，通过长条形曲率垫板的不同组合形成K个渐次成形过渡工序面；

步骤2-1:构造初始过渡面

将加强件内槽面底部所有长圆形减轻孔用曲面填充，由上型面和无孔内槽面组合成初始过渡面；

步骤2-2:设计过渡凹模

用腔体内缘线L₁切割曲率毛坯，得到内部设有特型孔的曲率毛坯，将初始过渡面与带特型孔的曲率毛坯结合形成加强件过渡成形面，加强件过渡成形面向外型面方向进行料厚δ偏移得到过渡凹模工作面，据其完成过渡凹模设计，过渡凹模工作面上画有曲率毛坯外缘线；

步骤2-3:设计渐次成形过渡凹模工序面

过渡凹模工作面嵌入n个长条形封闭槽，除中部封闭槽外，每个侧位封闭槽内都配有一个与其内形相匹配的长条形曲率垫板，长条形曲率垫板采用可加工塑料制作，在过渡凹模侧位封闭槽内放入相应的长条形曲率垫板，便得到了带有中部封闭槽的曲率连续光顺的首道次过渡凹模工序面，从中间向两侧有序的对称的从过渡凹模内取出长条形曲率垫板，便形成一组连续的过渡凹模工序面；

步骤2-4:渐次成形过渡凹模工序面数量K的确定原则

为了减小曲率毛坯成形中材料一次变薄量、保证材料均匀变形，依据长条形封闭槽每个槽的宽度W和封闭槽的数量n，结合橡皮囊成形有限元分析结果，将组装好的过渡成形模按照加强件内槽面从中间向两侧的成形顺序，将过渡凹模工作面分解为K个渐次成形的过渡凹模工序面，K的数量按照公式

来确定，当每次所成形的内槽面对应的封闭槽宽度W≤150mm时，需要设置单独橡皮成形工序，并在未成形的内槽面对应的侧位封闭槽内对称放入长条形曲率垫板，相反当所成形的内槽面对应的封闭槽宽度W>150mm时，该次成形的内槽面可以和其相邻的未成形的内槽面一起成形，减小橡皮成形次数，防止材料出现冷作硬化。

步骤3:构造压型模

压型模用于成形加强件的连接法兰和方角凹腔壁，压型模由凹曲率胎体和n个长条形橡皮块组成；

步骤3-1:设计凹曲率胎体

以加强件外型面为依据设计凹曲率胎体，凹曲率胎体的工作型面与加强件外型面相贴合，凹曲率胎体的工作型面包含上部工作面、侧部工作面和下部工作面，凹曲率胎体上部工作面与过渡凹模工作面相一致，凹曲率胎体侧部工作面与加强件的方角凹腔壁相匹配，凹曲率胎体下部工作面与加强件的连接法兰相匹配，侧部工作面和下部工作面相交于侧壁轮廓线，凹曲率胎体下部工作面上画有加强件外形线；

步骤3-2:设计长条形橡皮块

将加强件过渡成形面内槽面底部的n条带曲率长圆形内形线沿橡皮成形方向投影至平面，得到n条平面长圆形环线，将n条长圆形环线分别作为n个长条形橡皮块的外形线，设计制作出高度为30mm的n个长条形橡皮块，成形时，将n个长条形橡皮块分别放入初始成形件相应的内槽面里，和凹曲率胎体配套使用，实现橡皮增压储料功能；

步骤4:构造校形模

校形模用于校正和切割加强件的外形，校形模由凸曲率盖板和特型橡皮块组成；

步骤4-1:设计凸曲率盖板

以加强件内型面为依据设计凸曲率盖板，凸曲率盖板的工作型面与加强件内型面相贴合，凸曲率盖板的工作型面被加强件转角连接线分为内腔工作面和外部工作面两部分，凸曲率盖板内腔工作面由加强件方角凹腔壁和初始过渡面组成，凸曲率盖板外部工作面与加强件连接法兰相匹配，凸曲率盖板外部工作面上画有加强件外形线和长方孔外形线，凸曲率盖板内腔工作面上画有长圆形减轻孔外形线，凸曲率盖板内腔工作面的深度设计公差为

以减小成形后回弹对加强件外形尺寸的影响；

步骤4-2:设计特型橡皮块

特型橡皮块工作面与凸曲率盖板内腔工作面相匹配，以加强件外型面为依据设计特型橡皮块，以加强件的侧壁轮廓线作为特型橡皮块底部外轮廓线，特型橡皮块工作面与加强件外型面相贴合，特型橡皮块工作面设有与加强件内槽面相对应的n个长条形开孔，长条形开孔外形线与加强件内槽面底部外形线重合，沿着橡皮成形方向设计特型橡皮块侧壁轮廓面高度h，最小高度h_min≥30mm，特型橡皮块的作用是保护成形中未与凸曲率盖板接触的悬空材料防止发生破裂，通过嵌入式柔性橡皮增压，使加强件的方角凹腔壁和初始过渡面更好的贴实凸曲率盖板内腔工作面，提高成形精度，成形时，将特型橡皮块放入半成品相应的外型面之上，和凸曲率盖板配套使用；

步骤5:初始渐次橡皮成形

步骤5-1:按照上述下料毛坯设计尺寸制作下料毛坯，将下料毛坯按照加强件上型面曲率预滚弯出弧度，得到曲率毛坯，将曲率毛坯上表面贴敷塑料薄膜；

步骤5-2:在过渡凹模侧位封闭槽内填放相应的长条形曲率垫板，曲率毛坯、过渡凹模以及长条形曲率垫板接触区域涂抹润滑油，依据过渡凹模的曲率毛坯外形线将曲率毛坯放置于过渡凹模工作面之上；

步骤5-3:按照上述渐次成形过渡凹模工序面的设计原则，完成曲率毛坯的K次橡皮成形，依次得到Ⅰ序过渡工序件、Ⅱ序过渡工序件…K序过渡工序件，每次橡皮成形完从过渡凹模侧位封闭槽中有序的对称的取出已成形内槽面对应的长条形曲率垫板,渐次橡皮成形压力设置为60bar，递进式完成K次橡皮成形得到初始成形件；

步骤6:二次橡皮成形

步骤6-1:成形前，将初始成形件已成形部分对应放置于凹曲率胎体上部工作面之上，初始成形件与凹曲率胎体贴合面刷涂润滑油，将n个长条形橡皮块对应放置于初始成形件已成形的内槽面内，依据凹曲率胎体下部工作面上加强件外形线目视检查初始成形件放置位置，并做调整；

步骤6-2:二次橡皮成形压力设置为85～100bar,选择合适的成形压力可减少橡皮成形过程的进料阻力，当封闭槽数量n>5个，成形压力选择压力下限值85bar，相反选择压力上限值100bar，成形初期，n个长条形橡皮块对初始成形件内槽面施以向下压力，长条形橡皮块与内槽面区域材料产生有益摩擦，内槽面区域材料受到径向拉应力和切向压应力，初始成形件初始过渡面发生拉-胀成形，初始过渡面周边材料被长条形橡皮块带入内槽面进行补料，同时初始成形件在橡皮囊包覆压力作用下，按照凹曲率胎体侧部工作面和下部工作面的形状成形出加强件的方角凹腔壁和连接法兰，成形结束，初始过渡面贴实凹曲率胎体上部工作面，得到半成品；

步骤7:三次橡皮校形

将橡皮校形安排至铝合金固溶热处理后最佳塑性期内进行，减少热处理后手工修整量，提高成形精度；

步骤7-1:将半成品按照设计要求进行热处理强化，即进行固溶热处理；

步骤7-2:利用铝合金固溶热处理后最佳塑性期进行橡皮校形，成形前，将半成品外型面向上对应放置于凸曲率盖板工作型面之上，半成品与凸曲率盖板贴合面刷涂润滑油，将特型橡皮块工作面向下对应放入半成品外型面内；

步骤7-3:三次橡皮校形压力设置为120～150bar,半成品方角凹腔壁在二次橡皮成形中并未贴实凹曲率胎体侧部工作面,在封闭橡皮囊的压力下，柔性特型橡皮块与半成品方角凹腔壁及其内部凹陷区域充分接触，实施拉-胀校形，特型橡皮块产生的有益摩擦保护了悬空方角凹腔壁材料防止发生破裂，并将与其接触的材料压靠在凸曲率盖板内腔工作面，同时半成品连接法兰在橡皮囊包覆压力作用下，更好的贴合凸曲率盖板外部工作面，校形结束，半成品贴模精度符合图纸要求；

步骤8:切割及修整

按照凸曲率盖板上加强件外形线、长圆形减轻孔以及长方孔外形线去除半成品内外侧工艺余量，得到料厚及外形公差符合设计要求的薄壁双曲加强件产品。

本发明的有益效果在于：1)本发明提供了一种多道次橡皮成形过渡工序件结构确定办法，通过由内向外渐进式储料成形，解决了一次橡皮成形失稳破裂难题，具有重要的实用价值。2)本发明提供了多套递进式组合模具的设计方法，通过采用塑料垫板及柔性橡皮改变了材料的变形方式，降低了材料起皱和破裂风险，减少了大量的试错成本，该系列新型模具的结构设计、安装及操作简单，容易推广实现。3)该方法结合了充液成形及橡皮成形优势，在橡皮成形过程中实现了柔性介质拉-胀成形，尤其是带棱角的零件，使零件外形准确，成形精度高。4)该成形方法利用铝合金固溶热处理后最佳塑性期内进行橡皮校形，加大了材料的变形程度，消除了零件预成形的残余应力，减少热处理后手工修整量，提高了零件表面质量。5)该项多道次橡皮成形方法通用性强，可借鉴原材料延伸率低、成形过程中进料困难且有大量的筋槽需要填充的复杂封闭落压件成形，该方法机械化程度高，产品质量稳定。

以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。

附图说明

图1是多方角封闭凹腔逆向深槽双曲薄壁加强件结构示意

图2是双曲薄壁加强件截面构造示意

图3是展开毛坯与下料毛坯结构示意

图4是加强件曲率毛坯结构示意

图5是加强件初始过渡面结构示意

图6是加强件过渡成形面结构示意

图7是过渡凹模结构示意

图8是过渡成形模装配结构示意

图9是首道次过渡凹模工序面结构示意

图10是加强件过渡成形模Ⅰ道次工序面结构示意

图11是加强件过渡成形模Ⅱ道次工序面结构示意

图12是二次橡皮成形压型模装配结构示意

图13是三次橡皮校形校形模装配结构示意

图14是初始渐次成形的初始成形件和过渡凹模结构示意

图15是二次橡皮成形半成品和压型模结构示意

图16是三次橡皮校形半成品和校形模结构示意

图中编号说明：1加强件、2小方角、3内型面、4连接法兰、5方角凹腔壁、6上型面、7内槽面、8内槽面底部、9长圆形减轻孔、10外型面、11初始过渡面、12展开毛坯、13下料毛坯、14曲率毛坯、15过渡成形面、16过渡凹模工作面、17中部封闭槽、18侧位封闭槽、19过渡凹模、20曲率毛坯外缘线、21长条形曲率垫板、22首道次过渡凹模工序面、23Ⅰ道次工序面、24Ⅱ道次工序面、25长条形橡皮块、26压型模、27凹曲率胎体、28上部工作面、29侧部工作面、30下部工作面、31加强件外形线、32长圆形内形线、33侧壁轮廓线、34校形模、35凸曲率盖板、36特型橡皮块、37长方孔、38初始成形件、39半成品、40长条形开孔、41侧壁轮廓面、42边缘缺口、43内腔工作面、44外部工作面、45定位孔、46内槽面底部外形线、47特型橡皮块工作面、48过渡成形模

具体实施方式

参见附图，实施例提供的飞机钣金零件如图1所示，该薄壁铝制双曲加强件1由20个垂直小方角2凸凹随形连接围成了一个深度约26mm的多拐角凹腔，凹腔内部设有7个紧密排列的同等高度逆向内槽面7，内槽面宽度从中部向两侧依次减小，薄壁加强件1最小内槽面7宽度为76mm，每个内槽面底部8设有与内槽外形相匹配的长圆形减轻孔9，薄壁加强件材料厚度记作δ，δ＝1.0mm，加强件外形尺寸大、拐角小、腔槽深、型面复杂，传统落压成形无法保证加强件稳定的成形质量和高精度的装配要求，且落压成形噪声污染大，工作环境较差。

如图1～图16所示，一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的多道次橡皮成形方法，加强件1内型面3由连接法兰4、方角凹腔壁5、上型面6和内槽面7构成，连接法兰4和方角凹腔壁5相交于转角连接线L，加强件1内型面3的上表面与连接法兰4保持一定的曲率，称作加强件1上型面6，方角凹腔壁5和上型面6相交于腔体内缘线L₁，紧密排列的n个嵌入式深槽具有一定的型面，称作加强件1内槽面7，加强件1内型面3向外进行料厚δ偏移得到加强件1外型面10。成形方法包括以下步骤：

步骤1:制作曲率毛坯14

步骤1-1:设计展开毛坯12

将加强件1内型面3的长圆形减轻孔9、长方孔37及边缘缺口42进行曲面填充，利用有限元分析软件的坯料反算功能计算出无孔无缺口的薄壁加强件1内型面3展开毛坯12尺寸；

步骤1-2:设计曲率毛坯14

依据内型面3展开毛坯12尺寸周圈增加15mm～20mm工艺余量作为下料毛坯13，将下料毛坯13按照加强件1上型面6曲率设计弧度，称作曲率毛坯14；

步骤2:构造过渡成形模48

过渡成形模48用于成形加强件1的上型面6和内槽面7，过渡成形模48由过渡凹模19和多个长条形曲率垫板21组成，通过长条形曲率垫板21的不同组合形成K个渐次成形过渡工序面；

步骤2-1:构造初始过渡面11

将加强件1内槽面底部8所有长圆形减轻孔9用曲面填充，由上型面6和无孔内槽面7组合成初始过渡面11；

步骤2-2:设计过渡凹模19

用腔体内缘线L₁切割曲率毛坯14，得到内部设有特型孔的曲率毛坯14，将初始过渡面11与带特型孔的曲率毛坯14结合形成加强件1过渡成形面15，加强件1过渡成形面15向外型面10方向进行料厚δ偏移得到过渡凹模工作面16，据其完成过渡凹模19设计，过渡凹模工作面16上画有曲率毛坯外缘线20；

步骤2-3:设计渐次成形过渡凹模工序面

过渡凹模工作面16嵌入n个长条形封闭槽，除中部封闭槽17外，每个侧位封闭槽18内都配有一个与其内形相匹配的长条形曲率垫板21，长条形曲率垫板21采用可加工塑料制作，在过渡凹模19侧位封闭槽18内放入相应的长条形曲率垫板21，便得到了带有中部封闭槽17的曲率连续光顺的首道次过渡凹模工序面22，从中间向两侧有序的对称的从过渡凹模19内取出长条形曲率垫板21，便形成一组连续的过渡凹模工序面；

步骤2-4:渐次成形过渡凹模工序面数量K的确定原则

依据长条形封闭槽每个槽的宽度W和封闭槽的数量n，结合橡皮囊成形有限元分析结果，将组装好的过渡成形模48按照加强件1内槽面7从中间向两侧的成形顺序，将过渡凹模工作面16分解为K个渐次成形的过渡凹模工序面，K的数量按照公式

来确定，当每次所成形的内槽面7对应的封闭槽宽度W≤150mm时，需要设置单独橡皮成形工序，并在未成形的内槽面7对应的侧位封闭槽18内对称放入长条形曲率垫板21，相反当所成形的内槽面7对应的封闭槽宽度W>150mm时，该次成形的内槽面7可以和其相邻的未成形的内槽面7一起成形，减小橡皮成形次数，以加强件1为例，封闭槽的数量n＝7，过渡凹模工序面K的数量按照公式

计算，得K≤4，由于过渡凹模19中部封闭槽17宽度W＝168mm，大于150mm，而剩余6个侧位封闭槽18宽度W皆小于150mm，故过渡凹模工作面16被分解为Ⅰ道次工序面23、Ⅱ道次工序面24、Ⅲ道次工序面，即K＝3，Ⅰ道次工序面23用于成形中部封闭槽17和其相邻的两个侧位封闭槽18对应的内槽面7，剩余的四个侧位封闭槽18内填入相应的长条形曲率垫板21，Ⅱ道次工序面24由中部封闭槽17和其相邻的四个侧位封闭槽18组成，最外侧的两个侧位封闭槽18内填有相应的长条形曲率垫板21，Ⅲ道次工序面即就是过渡凹模成形面16；

步骤3:构造压型模26

压型模26用于成形加强件1的连接法兰4和方角凹腔壁5，压型模26由凹曲率胎体27和n个长条形橡皮块25组成；

步骤3-1:设计凹曲率胎体27

以加强件1外型面10为依据设计凹曲率胎体27，凹曲率胎体27的工作型面与加强件1外型面10相贴合，凹曲率胎体27的工作型面包含上部工作面28、侧部工作面29和下部工作面30，凹曲率胎体27上部工作面28与过渡凹模工作面16相一致，凹曲率胎体27侧部工作面29与加强件1的方角凹腔壁5相匹配，凹曲率胎体27下部工作面30与加强件1的连接法兰4相匹配，侧部工作面29和下部工作面30相交于侧壁轮廓线33，凹曲率胎体27下部工作面30上画有加强件外形线31；

步骤3-2:设计长条形橡皮块25

将加强件1过渡成形面15内槽面底部8的n条带曲率长圆形内形线32沿橡皮成形方向投影至平面，得到n条平面长圆形环线，将n条长圆形环线分别作为n个长条形橡皮块25的外形线，设计制作出高度为30mm的n个长条形橡皮块25，成形时，将n个长条形橡皮块25分别放入初始成形件38相应的内槽面7里，和凹曲率胎体27配套使用，实现橡皮增压储料功能；

步骤4:构造校形模34

校形模34用于校正和切割加强件1的外形，校形模34由凸曲率盖板35和特型橡皮块36组成；

步骤4-1:设计凸曲率盖板35

以加强件1内型面3为依据设计凸曲率盖板35，凸曲率盖板35的工作型面与加强件1内型面3相贴合，凸曲率盖板35的工作型面被加强件1转角连接线L分为内腔工作面43和外部工作面44两部分，凸曲率盖板35内腔工作面43由加强件1方角凹腔壁5和初始过渡面11组成，凸曲率盖板35外部工作面44与加强件1连接法兰4相匹配，凸曲率盖板35外部工作面44上画有加强件外形线31和长方孔37外形线，凸曲率盖板35内腔工作面43上画有长圆形减轻孔9外形线，凸曲率盖板35内腔工作面43的深度设计公差为

用以减小成形后回弹对加强件1外形尺寸的影响：

步骤4-2:设计特型橡皮块36

特型橡皮块工作面47与凸曲率盖板35内腔工作面43相匹配，以加强件1外型面10为依据设计特型橡皮块36，以加强件1的侧壁轮廓线33作为特型橡皮块36底部外轮廓线，特型橡皮块工作面47与加强件1外型面10相贴合，特型橡皮块工作面47设有与加强件1内槽面3相对应的n个长条形开孔40，长条形开孔40外形线与加强件1内槽面底部外形线46重合，沿着橡皮成形方向设计特型橡皮块36侧壁轮廓面41高度h，最小高度h_min≥30mm，特型橡皮块36的作用是保护成形中未与凸曲率盖板35接触的悬空材料防止发生破裂，使加强件1的方角凹腔壁5和初始过渡面11贴实凸曲率盖板35内腔工作面43，成形时，将特型橡皮块36放入半成品39相应的外型面10之上，和凸曲率盖板35配套使用；

步骤5:初始渐次橡皮成形

步骤5-1:按照上述下料毛坯13设计尺寸制作下料毛坯13，将下料毛坯13按照加强件1上型面6曲率预滚弯出弧度，得到曲率毛坯14，将曲率毛坯14上表面贴敷塑料薄膜；

步骤5-2:在过渡凹模19侧位封闭槽18内填放相应的长条形曲率垫板21，曲率毛坯14、过渡凹模19以及长条形曲率垫板21接触区域涂抹润滑油，依据过渡凹模19的曲率毛坯外形线20将曲率毛坯14放置于过渡凹模工作面16之上；

步骤5-3:按照上述渐次成形过渡凹模工序面的设计原则，完成曲率毛坯14的K次橡皮成形，依次得到Ⅰ序过渡工序件、Ⅱ序过渡工序件…K序过渡工序件，每次橡皮成形完从过渡凹模19侧位封闭槽18中有序的对称的取出已成形内槽面7对应的长条形曲率垫板21,渐次橡皮成形压力设置为60bar,以所述加强件1为例，递进式完成3次橡皮成形得到初始成形件38；

步骤6:二次橡皮成形

步骤6-1:成形前，将初始成形件38已成形部分对应放置于凹曲率胎体27上部工作面28之上，初始成形件38与凹曲率胎体27贴合面刷涂润滑油，将n个长条形橡皮块25对应放置于初始成形件38已成形的内槽面7内，依据凹曲率胎体27下部工作面30上加强件外形线31目视检查初始成形件38放置位置，并做调整；

步骤6-2:二次橡皮成形压力设置为85～100bar,选择合适的成形压力可减少橡皮成形过程的进料阻力，当封闭槽数量n>5个，成形压力选择压力下限值85bar，相反选择压力上限值100bar，成形初期，n个长条形橡皮块25对初始成形件38内槽面7施以向下压力，长条形橡皮块25与内槽面7区域材料产生有益摩擦，内槽面7区域材料受到径向拉应力和切向压应力，初始成形件38初始过渡面11发生拉-胀成形，初始过渡面11周边材料被长条形橡皮块25带入内槽面7进行补料，同时初始成形件38在橡皮囊包覆压力作用下，按照凹曲率胎体27侧部工作面29和下部工作面30的形状成形出加强件1的方角凹腔壁5和连接法兰4，成形结束，初始过渡面11贴实凹曲率胎体27上部工作面28，得到半成品39；

步骤7:三次橡皮校形

步骤7-1:将半成品39按照设计要求进行热处理强化，即进行固溶热处理；

步骤7-2:利用铝合金固溶热处理后最佳塑性期进行半成品39橡皮校形，成形前，将半成品39外型面10向上对应放置于凸曲率盖板35工作型面之上，半成品39与凸曲率盖板35贴合面刷涂润滑油，将特型橡皮块工作面47向下对应放入半成品39外型面10内；

步骤7-3:三次橡皮校形压力设置为120～150bar,半成品39方角凹腔壁5在二次橡皮成形中并未贴实凹曲率胎体27侧部工作面29,在封闭橡皮囊的压力下，柔性特型橡皮块36与半成品39方角凹腔壁5及其39内部凹陷区域充分接触，实施拉-胀校形，特型橡皮块36产生的有益摩擦保护了悬空方角凹腔壁5材料防止发生破裂，并将与其36接触的材料压靠在凸曲率盖板35内腔工作面43，同时半成品39连接法兰4在橡皮囊包覆压力作用下，被压靠在凸曲率盖板35外部工作面44，校形结束，半成品39贴模精度符合图纸要求；

步骤8:切割及修整

按照凸曲率盖板35上加强件外形线31、长圆形减轻孔9以及长方孔37外形线去除半成品39内外侧工艺余量，得到料厚及外形公差符合设计要求的薄壁双曲加强件1产品。

需要说明的几点：1)视铝合金加强件结构复杂程度及成形中材料变形情况，可以在初次渐次橡皮成形过程中以及二次橡皮成形前增加中间退火工序，以改善材料的冷作硬化；2)凹曲率胎体及凸曲率盖板上设有定位孔，用于半成品成形过程中的定位以及成形后的外形检测，故需对曲率毛坯在定位孔45对应位置增加一定的工艺余量，实现定位孔成形定位功能；针对二次橡皮成形过程中使用的长条形橡皮块和三次橡皮校形过程中使用的特型橡皮块有一定的硬度要求，橡胶材料太软无法增压，太硬限制进料，需要控制在邵氏硬度55～58以内。

Claims (10)

1.一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，加强件内型面由连接法兰、方角凹腔壁、上型面和内槽面构成，连接法兰和方角凹腔壁相交于转角连接线L，加强件内型面的上表面与连接法兰保持一定的曲率，称作加强件上型面，方角凹腔壁和上型面相交于腔体内缘线L₁，紧密排列的多个嵌入式深槽具有一定的型面，称作加强件内槽面，每个内槽面底部都设有与内槽面形状相匹配的长圆形减轻孔，加强件的材料厚度记作δ，加强件内型面向外进行料厚δ偏移得到加强件外型面，其特征在于包括以下步骤：

步骤1:制作曲率毛坯；

步骤2:构造过渡成形模；

步骤3:构造压型模；

步骤4:构造校形模；

步骤5:初始渐次橡皮成形；

步骤6:二次橡皮成形；

步骤7:三次橡皮校形；

步骤8:切割及修整。

2.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤1:制作曲率毛坯，具体过程如下：

2-1将加强件内型面长圆形减轻孔、长方孔及边缘缺口进行曲面填充，利用有限元分析软件的坯料反算功能计算出无孔无缺口的薄壁加强件内型面展开毛坯尺寸；

2-2依据内型面展开毛坯尺寸周圈增加15mm～20mm工艺余量作为下料毛坯，将下料毛坯按照加强件上型面曲率设计弧度，制作出曲率毛坯。

3.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤2中过渡成形模用于成形加强件的上型面和内槽面，过渡成形模由过渡凹模和多个长条形曲率垫板组成，通过长条形曲率垫板的不同组合形成K个渐次成形过渡工序面，构造过渡成形模具体过程如下：

3-1:构造初始过渡面

将加强件内槽面底部所有长圆形减轻孔用曲面填充，由上型面和无孔内槽面组合成初始过渡面；

3-2:设计过渡凹模

用腔体内缘线L₁切割曲率毛坯，得到内部设有特型孔的曲率毛坯，将初始过渡面与带特型孔的曲率毛坯结合形成加强件过渡成形面，加强件过渡成形面向外型面方向进行料厚δ偏移得到过渡凹模工作面，据其完成过渡凹模设计，过渡凹模工作面上画有曲率毛坯外缘线；

3-3:设计渐次成形过渡凹模工序面

过渡凹模工作面嵌入n个长条形封闭槽，除中部封闭槽外，每个侧位封闭槽内都配有一个与其内形相匹配的长条形曲率垫板，在过渡凹模侧位封闭槽内放入相应的长条形曲率垫板，得到带有中部封闭槽的曲率连续光顺的首道次过渡凹模工序面，从中间向两侧有序的对称的从过渡凹模内取出长条形曲率垫板，形成K个连续的过渡凹模工序面。

4.根据权利要求3所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的3-3中渐次成形过渡凹模工序面的数量K的确定原则为：

依据长条形封闭槽每个槽的宽度W和封闭槽的数量n，结合橡皮囊成形有限元分析结果，将组装好的过渡成形模按照加强件内槽面从中间向两侧的成形顺序，将过渡凹模工作面分解为K个渐次成形的过渡凹模工序面，K的数量按照公式

来确定，当每次所成形的内槽面对应的封闭槽宽度W≤150mm时，设置单独橡皮成形工序，并在未成形的内槽面对应的侧位封闭槽内对称放入长条形曲率垫板，当所成形的内槽面对应的封闭槽宽度W>150mm时，该次成形的内槽面和其相邻的未成形的内槽面一起成形，减小橡皮成形次数，防止材料出现冷作硬化。

5.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤3中压型模用于成形加强件的连接法兰和方角凹腔壁，压型模由凹曲率胎体和n个长条形橡皮块组成，具体构造压型模过程如下：

5-1:设计凹曲率胎体

以加强件外型面为依据设计凹曲率胎体，凹曲率胎体的工作型面与加强件外型面相贴合，凹曲率胎体的工作型面包含上部工作面、侧部工作面和下部工作面，凹曲率胎体上部工作面与过渡凹模工作面相一致，凹曲率胎体侧部工作面与加强件的方角凹腔壁相匹配，凹曲率胎体下部工作面与加强件的连接法兰相匹配，侧部工作面和下部工作面相交于侧壁轮廓线，凹曲率胎体下部工作面上画有加强件外形线；

5-2:设计长条形橡皮块

将加强件过渡成形面内槽面底部的n条带曲率长圆形内形线沿橡皮成形方向投影至平面，得到n条平面长圆形环线，将n条长圆形环线分别作为n个长条形橡皮块的外形线，设计制作出高度为30mm的n个长条形橡皮块，成形时，将n个长条形橡皮块分别放入初始成形件相应的内槽面里，和凹曲率胎体配套使用，实现橡皮增压储料功能。

6.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤4中校形模用于校正和切割加强件的外形，校形模由凸曲率盖板和特型橡皮块组成，具体的构造校形模的过程如下：

6-1:设计凸曲率盖板

以加强件内型面为依据设计凸曲率盖板，凸曲率盖板的工作型面与加强件内型面相贴合，凸曲率盖板的工作型面被加强件转角连接线分为内腔工作面和外部工作面两部分，凸曲率盖板内腔工作面由加强件方角凹腔壁和初始过渡面组成，凸曲率盖板外部工作面与加强件连接法兰相匹配，凸曲率盖板外部工作面上画有加强件外形线和长方孔外形线，凸曲率盖板内腔工作面上画有长圆形减轻孔外形线，凸曲率盖板内腔工作面的深度设计公差为

以减小成形后回弹对加强件外形尺寸的影响；

6-2:设计特型橡皮块

特型橡皮块工作面与凸曲率盖板内腔工作面相匹配，以加强件外型面为依据设计特型橡皮块，以加强件的侧壁轮廓线作为特型橡皮块底部外轮廓线，特型橡皮块工作面与加强件外型面相贴合，特型橡皮块工作面设有与加强件内槽面相对应的n个长条形开孔，长条形开孔外形线与加强件内槽面底部外形线重合，沿着橡皮成形方向设计特型橡皮块侧壁轮廓面高度h，最小高度h_min≥30mm，特型橡皮块的作用是保护成形中未与凸曲率盖板接触的悬空材料防止发生破裂，通过嵌入式柔性橡皮增压，使加强件的方角凹腔壁和初始过渡面更好的贴实凸曲率盖板内腔工作面，提高成形精度，成形时，将特型橡皮块放入半成品相应的外型面之上，和凸曲率盖板配套使用。

7.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤5:初始渐次橡皮成形具体过程如下：

7-1:按照下料毛坯设计尺寸制作下料毛坯，将下料毛坯按照加强件上型面曲率预滚弯出弧度，得到曲率毛坯，将曲率毛坯上表面贴敷塑料薄膜；

7-2:在过渡凹模侧位封闭槽内填放相应的长条形曲率垫板，曲率毛坯、过渡凹模以及长条形曲率垫板接触区域涂抹润滑油，依据过渡凹模的曲率毛坯外形线将曲率毛坯放置于过渡凹模工作面之上；

7-3:按照上述渐次成形过渡凹模工序面的设计原则，完成曲率毛坯的K次橡皮成形，依次得到Ⅰ序过渡工序件、Ⅱ序过渡工序件…K序过渡工序件，每次橡皮成形完从过渡凹模侧位封闭槽中有序的对称的取出已成形内槽面对应的长条形曲率垫板，渐次橡皮成形压力设置为60bar，递进式完成K次橡皮成形得到初始成形件。

8.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤6:二次橡皮成形具体过程如下：

8-1:成形前，将初始成形件已成形部分对应放置于凹曲率胎体上部工作面之上，初始成形件与凹曲率胎体贴合面刷涂润滑油，将n个长条形橡皮块对应放置于初始成形件已成形的内槽面内，依据凹曲率胎体下部工作面上加强件外形线目视检查初始成形件放置位置，并做调整；

8-2:二次橡皮成形压力设置为85～100bar，当封闭槽数量n>5时，成形压力选择压力下限值85bar，当封闭槽数量n≤5时选择压力上限值100bar，初始成形件在橡皮囊包覆压力作用下，按照凹曲率胎体侧部工作面和下部工作面的形状成形出加强件的方角凹腔壁和连接法兰，成形结束后初始过渡面贴实凹曲率胎体上部工作面，得到半成品。

9.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤7:三次橡皮校形是将橡皮校形安排至铝合金固溶热处理后最佳塑性期内进行，减少热处理后手工修整量，提高成形精度，具体过程为：

9-1:将半成品按照设计要求进行热处理强化，即进行固溶热处理；

9-2:利用铝合金固溶热处理后最佳塑性期进行橡皮校形，成形前，将半成品外型面向上对应放置于凸曲率盖板工作型面之上，半成品与凸曲率盖板贴合面刷涂润滑油，将特型橡皮块工作面向下对应放入半成品外型面内；

9-3:三次橡皮校形压力设置为120～150bar,半成品方角凹腔壁在二次橡皮成形中并未贴实凹曲率胎体侧部工作面,在封闭橡皮囊的压力下，柔性特型橡皮块与半成品方角凹腔壁及其内部凹陷区域充分接触，实施拉-胀校形，特型橡皮块产生的有益摩擦保护了悬空方角凹腔壁材料防止发生破裂，并将与其接触的材料压靠在凸曲率盖板内腔工作面，同时半成品连接法兰在橡皮囊包覆压力作用下，更好的贴合凸曲率盖板外部工作面，校形结束，半成品贴模精度符合图纸要求。

10.根据权利要求1所述的一种多方角封闭凹腔逆向深槽薄壁加强件的橡皮成形方法，其特征在于所述的步骤8:切割及修整为按照凸曲率盖板上加强件外形线、长圆形减轻孔以及长方孔外形线去除半成品内外侧工艺余量，得到料厚及外形公差符合设计要求的薄壁双曲加强件产品。

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