CN114986086A - 一种深u形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空飞机钣金加工技术领域，涉及一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，由蒙皮拉伸成形工序和不锈钢等温热成形工序构成。本发明通过两个不同成形工序的结合，使第一工序蒙皮拉伸成形过程不锈钢板料预成型至理论形面的70％‑80％，降低了第二工序等温热成形的成型压力，分散了材料各向异性对淬火的影响。提高了等温回火前零件状态一致性，使每一个零件淬火后变形量不大于3mm，等温热成形后零件贴模度不大于0.5mm，减少工人修整量，提高了产品质量。
Description
技术领域
本发明属于航空飞机钣金加工技术领域，涉及一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法。
背景技术
不锈钢材料飞机蒙皮零件相对于铝合金飞机蒙皮而言具有高的强度、硬度、耐磨性和韧性。大曲度蒙皮零件整体形面特点通常为深U形，内弧高度在200mm左右。零件在成形过程中需要进行等温淬火和等温回火过程，由于零件曲度较大，第一步使用平板板料进行等温淬火，在等温淬火的过程中由于不锈钢板料受热会造成板料淬火变形。每次不锈钢板料淬火数量在8-10件左右，平板板料在淬火过程中受力存在各向异性，导致板料受热变形曲度不一致。在移交至第二步进行等温回火过程中时，由于零件变形的不一致，需要人工对每一个板料进行修整后才可以放入等温回火的工装内进行等温回火，使用手工修整耗时较长，影响零件的加工效率。第二步等温回火的过程中平板料没有定位孔，零件在等温回火的工装上定位不准确，等温回火后工人需要对每一件蒙皮进行手工校形，耗时较长，对生产效率有一定的影响。
发明内容
本发明的目的在于发明了一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，采用蒙皮拉伸成形和不锈钢等温热成形两个工序，蒙皮拉伸成形使用专用的拉形模，等温热成形使用专用的热处理夹具。通过第一步蒙皮拉伸成形将零件的整体型面加工至理论型面的70％-80％，再通过第二步等温热成形将零件加工完成，为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，由蒙皮拉伸成形工序和不锈钢等温热成形工序构成。
第一道工序蒙皮拉伸成形。蒙皮拉伸成形中设计的工装为“拉形模”，此工装结构可以实现不锈钢蒙皮的拉伸成形，由以下4个结构组成：胎体1、吊棒2、钻模板3、插销4。
工装“拉形模”的部件胎体1两侧非拉伸成形的方向各安装两个钢制吊棒2，吊棒2端面直径要大于棒体的直径，保证钢丝绳在上面悬挂时不发生脱落。胎体1上表面设置2-3处钻模板3，钻模板3尺寸加工成长方形，尺寸范围100x50mm，用于钻制不锈钢蒙皮上的定位孔。钻模板3上安装插销4，插销4直径与钻模板3协调，两者直径相差0.05-0.1mm。
胎体1使用45#钢作为制造材料，保证多次重复使用过程中不发生变形，保证工装强度。
第二道工序不锈钢等温热成形。不锈钢等温热成形所用的工装为“热处理夹具”，该工装能够实现蒙皮拉伸成形后的不锈钢板料定位功能，使等温热成形过程中的压应力作用在零件表面，保证成形后的贴模度。由以下7个结构构成：下支架5、下压板6、上压板7、上支架8、吊耳9、楔铁10、圆柱销11。
下支架5采用框架式结构设计，下支架5上面安装下压板6，下压板6为凹形面，整体凹形面按照零件的数模理论形面进行加工，凹形面表面粗糙度要求不大于Ra3.2μm，保证零件在等温热成形过程后表面光滑，不产生缺陷。
下压板6上方为上压板7，两者之间的间隙为待加工零件的厚度，上压板7通常设计为凸形面，用于与下压板6合模，将零件挤压在中间。
上压板7安装在上支架8上面，上支架8采用框架式结构设计，端面两侧安装圆柱销11，用于上支架8向下合模时与下支架5的导向定位使用，保证两者形面合模。
上支架8四周安装2-4个吊耳9，用于吊车挂钩运输使用，使用焊接方式加固，保证吊装强度。
每个吊耳9的下方安装一个楔铁10，在上支架8安装完成后使用铁锤将楔铁10敲击进入上支架8中，对合模后的工装进行加固。
本发明通过两个不同成形工序的结合，使第一工序蒙皮拉伸成形过程不锈钢板料预成型至理论形面的70％-80％，降低了第二工序等温热成形的成型压力，分散了材料各向异性对淬火的影响。提高了等温回火前零件状态一致性，使每一个零件淬火后变形量不大于3mm，等温热成形后零件贴模度不大于0.5mm，减少工人修整量，提高了产品质量。
附图说明
图1为本发明拉形模正视图。
图2为本发明拉形模侧视图。
图3为本发明热处理夹具剖面图。
图4为本发明热处理夹具侧视图。
图5为本发明热处理夹具整体示意图。
图中：1胎体；2吊棒；3钻模板；4插销；5下支架；6下压板；7上压板；8上支架；9吊耳；10楔铁；11圆柱销。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，对本发明的具体实施例做进一步说明。
此种组合制造方法，将蒙皮拉伸成形与等温热成形两者优点结合到一起，可以制造大曲率的不锈钢蒙皮零件。
第一步取下拉形模胎体1表面上的钻模板3和插销4，使用滚刷蘸取润滑油均匀涂抹在拉形模胎体1表面，提高不锈钢零件与钢制拉形模之间的表面润滑度。润滑后静置20-30分钟，保证润滑油充分附着在拉形模胎体1表面。使用吊车将钢索挂在吊棒2上，将拉形模胎体1吊运至成形设备平台上等待成形。
第二步将不锈钢蒙皮原始板料伸入成形设备的钳口中，钳口与板料之间可垫一层铝板，防止不锈钢材料硬度太高将拉伸设备钳口损坏，同时关闭钳口进行拉伸成形。拉伸过程中首先将板料表面与拉形模胎体1表面接触，水平拉伸位移控制在5-10mm之间，然后板料向下包覆拉形模胎体1直至最底部，此步骤控制位移量为20-30mm之间。完全包覆后，移动拉伸设备钳口向内进行二次包覆，包覆角度为向内20-30°，保持拉伸状态15-20秒，观察毛料表面是否完全延展。完全延展后此工序结束，使用钻模板3在零件表面钻制定位孔，钻孔精度不大于0.1mm，钻孔结束后使用插销4插入零件定位孔内，无问题后拔出插销4，然后将拉伸设备钳口打开，将板料从设备上取下。
第三步将取下的不锈钢板料使用气动带锯切割掉钳口夹持部分板料，然后利用激光切割机或者线切割设备利用第二步钻制的定位孔进行定位，将零件的最终轮廓切割完成，此过程可以使用专用的铣切夹具或者柔性吸盘均可，铣切精度控制在0-0.5mm之间。铣切完成后进行不锈钢表面除油，将第一步涂抹的润滑油使用汽油或者丙酮等溶剂将润滑油去除干净，防止后续等温热成形过程中起火或冒黑烟。
第四步使用铁丝穿过即将进行等温淬火的不锈钢零件上的定位孔，保证每个零件间的距离不小于100mm。然后将零件装入淬火框内，分层散放，层与层间距控制在120mm以上，防止淬火的过程中相互撞击、挤压，减小变形。将淬火框放入热处理电炉内，进行升温，升温速率不大于10℃每分钟，最终温度控制在900℃±10℃，保温20分钟。保温结束后进行冷却，在230℃-270℃的硝盐中保温15-20分钟，之后在40℃-100℃流动的水中进行冷却。
第五步等温淬火后使用白棉布将零件上残留的硝盐清洗干净，再将零件放入下压板6上，使用销钉将零件表面定位孔定位，定位后利用吊车将吊钩挂在吊耳9上，将上支架8沿圆柱销11导向滑入下支架5中，将零件压在两者之间。使用铁锤将楔铁10敲击进入上支架8中，保证上支架8向下压紧。
第六步将安装好的热处理夹具放入电炉中进行等温回火，升温速率不大于10℃每分钟，最终温度控制在530℃±10℃，保温180分钟，零件随热处理夹具在空气中冷却至室温即可，零件完成最终的加工。
Claims (3)
1.一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，其特征在于，包括：蒙皮拉伸成形工序和不锈钢等温热成形工序；
第一道工序：蒙皮拉伸成形
所述的蒙皮拉伸成形中设计的工装为“拉形模”，此工装结构实现不锈钢蒙皮的拉伸成形，包括：胎体(1)、吊棒(2)、钻模板(3)、插销(4)；
所述的胎体(1)两侧非拉伸成形的方向各安装两个钢制吊棒(2)，吊棒(2)端面直径要大于棒体的直径，保证钢丝绳在上面悬挂时不发生脱落；胎体(1)上表面设置2-3处钻模板(3)，钻模板(3)上安装插销(4)，插销(4)直径与钻模板(3)协调，两者直径相差0.05-0.1mm；
第二道工序：不锈钢等温热成形
所述的不锈钢等温热成形所用的工装为“热处理夹具”，“热处理夹具”能够实现蒙皮拉伸成形后的不锈钢板料定位功能，使等温热成形过程中的压应力作用在零件表面，保证成形后的贴模度，包括：下支架(5)、下压板(6)、上压板(7)、上支架(8)、吊耳(9)、楔铁(10)、圆柱销(11)；
所述的下支架(5)采用框架式结构设计，下支架(5)上面安装下压板(6)，下压板(6)为凹形面，整体凹形面按照零件的数模理论形面进行加工，凹形面表面粗糙度要求不大于Ra3.2μm，保证零件在等温热成形过程后表面光滑，不产生缺陷；
所述的下压板(6)上方为上压板(7)，两者之间的间隙为待加工零件的厚度，上压板(7)设计为凸形面，用于与下压板(6)合模，将零件挤压在中间；
所述的上压板(7)安装在上支架(8)上面，上支架(8)采用框架式结构设计，端面两侧安装圆柱销(11)，用于上支架(8)向下合模时与下支架(5)的导向定位使用，保证两者形面合模；
所述的上支架(8)四周安装2-4个吊耳(9)，用于吊车挂钩运输使用，使用焊接方式加固，保证吊装强度；每个吊耳(9)的下方安装一个楔铁(10)，在上支架(8)安装完成后使用铁锤将楔铁(10)敲击进入上支架(8)中，对合模后的工装进行加固。
2.根据权利要求1所述的一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，其特征在于：所述的胎体(1)使用45#钢作为制造材料，保证多次重复使用过程中不发生变形，保证工装强度。
3.根据权利要求1所述的一种深U形不锈钢飞机蒙皮冷拉等温热成形方法，其特征在于：所述的钻模板(3)尺寸加工成长方形，尺寸范围100x50mm，用于钻制不锈钢蒙皮上的定位孔。
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