CN115007692A - 变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模及闸压成形方法 - Google Patents

变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模及闸压成形方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空飞机钣金零件加工技术领域,涉及一种变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模及闸压成形方法。本发明的复合模包括包括底座、聚氨酯限位块、柔性定位挡块、弯柄圆柱插销、内六角螺栓、上模连接板、上模、起重螺栓、定位销、定位板组件、直支撑块、弯支撑块、长连接板和短连接板；本发明通过板料折弯压力机对防回弹成形复合模一次施加压力，实现成形后变曲率角度精确，零件无回弹，贴合度保证0.5mm公差的目的。达到变曲率前缘蒙皮零件成形效率高，提升表面质量，防止零件成形后回弹的成形要求。

Description

变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模及闸压成形方法
技术领域
本发明属于航空飞机钣金零件加工技术领域,涉及一种变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模及闸压成形方法。
背景技术
前缘蒙皮类零件是飞机的主要零件类型之一，在尾段、机翼等关键部位进行大量使用。随着四代机及未来五代机性能指标要求的不断提高，飞机设计中的前缘蒙皮零件为保证气动外形，对外形尺寸要求更加严格。因此前缘蒙皮零件出现结构尺寸大，相对厚度大，成形时零件变形极不均匀，极易回弹。要保证合格的零件，不允许出现破裂、局部起皱、粗晶和滑移线等成形缺陷，这使得成形难度随之增加。在现阶段中，前缘类蒙皮主要采用蒙皮拉伸及闸压两种成形方式，但目前零件的制造仍存在如下难点：
(1)利用蒙皮拉伸成形前缘类零件的效果较好，但存在一定的范围区域，对于R角较小的前缘蒙皮在拉伸时容易出现滑移线、桔皮、粗晶乃至破裂等不可接受的缺陷。
(2)使用刚性模作为凹模进行闸压时对零件表面造成的划伤缺陷较为严重。
(3)利用通用橡胶垫作为凹模时，橡胶的磨损较为严重，使用成本高。
(4)利用通用橡胶垫作为凹模时，加工原理为零件下部垫橡胶，上部使用弯曲阳模压弯，通过下部橡胶变形挤压零件使贴合阳模。这种成型方法的缺点是产生回弹较大，要进行大量校正，前缘顶部修整效果不好。
一种变曲率前缘蒙皮零件，零件材料使用2mm厚的铝合金板材，特点为顶部曲率由一端R4.5mm逐渐圆滑过渡至另一端R5.5mm，零件成形后整体宽度较窄，仅45mm，零件整体长度为1787mm。此变曲率前缘蒙皮的下料方式为数铣下料铣床铣切平板零件外形，并钻2Φ5.2mm销钉孔，下料完成后使用PA250/4000d800型板料折弯压力机进行折弯成形加工。因此种变曲率前缘蒙皮顶部两侧弧度较为平缓，顶部弧度较大。一次折弯成形后两侧贴合度较差，故折弯前使用滚弯机对零件两侧进行预滚弯成形。
而由于变曲率前缘蒙皮零件相对长度较长，宽度较窄，利用通用橡胶垫作为凹模，当零件进行闸压成形时，上部使用弯曲阳模压弯，通过下部橡胶变形挤压零件使贴合阳模。自身仍有因弹性变形而造成的回弹，变形回弹后的零件需进行人工敲修，敲修后零件表面出现锤印、划痕等表面质量差，导致工人修复困难，零件报废率接近60％。
发明内容
本发明的目的在于设计一种特殊的变曲率前缘蒙皮闸压成形方法，将原来的通用橡胶垫和专用弯曲模装置重新设计并整合为一套用于闸压成形的防回弹成形复合模，通过板料折弯压力机对防回弹成形复合模一次施加压力，实现成形后变曲率角度精确，零件无回弹，贴合度保证0.5mm公差的目的。达到变曲率前缘蒙皮零件成形效率高，提升表面质量，防止零件成形后回弹的成形要求。
本发明的技术方案如下：
一种变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模，包括底座1、聚氨酯限位块2、柔性定位挡块3、弯柄圆柱插销4、内六角螺栓5、上模连接板6、上模7、起重螺栓8、定位销9、定位板组件10、直支撑块11、弯支撑块12、长连接板13和短连接板14；
底座1包括底板和侧板，在底板和侧板构成的空间内设置有聚氨酯限位块2和柔性定位挡块3，聚氨酯限位块2的底面与底座1底板的上表面贴合，侧面与底座1侧板贴合；柔性定位挡块3置于聚氨酯限位块2之上，并位于上模7的两侧；聚氨酯限位块2和柔性定位挡块3同时与上模7的外表面贴合，聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3构成的凹模型面与变曲率前缘蒙皮零件的仿真回弹优化后的外表面型面尺寸及曲率一致，聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3既用于限位防止零件回弹又用于闸压成形；
弯柄圆柱插销4从水平方向依次穿过设置在底座1侧板与柔性定位挡块3侧面的销孔，起到防止柔性定位挡块3脱落的作用；内六角螺栓5依次穿过设置在上模连接板6上的螺栓通孔，以及设置在上模7底面的螺栓孔，将上模连接板6与上模7紧固；上模7型面为实际数模进行仿真回弹后的内表面优化型面曲率及尺寸大小；上模连接板6的侧面设置有起重螺栓8，用于吊装，吊装时上模7随上模连接板6同步提升；
上模7顶部设置有定位销凹槽，定位销9的底部安装在定位销凹槽内，定位销9的上部用于与变曲率前缘蒙皮零件板材上的销钉孔连接；聚氨酯限位块2的型面表面设置有定位销9的躲避孔位，防止零件板料定位后闸压成形时造成聚氨酯限位块2破裂；
定位板组件10为L形板状结构，L形的短板面设置有螺纹通孔，并通过螺栓与设置在上模连接板6上表面两侧边缘处的螺纹孔连接；定位销9与定位板组件10共同用于上模7与聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3合模时的定位导向，定位板组件10保证上模7在试模时宽度方向上的位置校正，定位销9保证上模7在试模时长度方向上的位置校正；
直支撑块11为长方体形金属块，弯支撑块12为L形金属块，直支撑块11和弯支撑块12分别固定安装在上模7两侧，增加上模7的重量及平衡性，防止上模7在模具合模后发生侧倾；
长连接板13及短连接板14的两端均设置有螺纹通孔；长连接板13设置在底座1的一侧，长连接板13的两端分别通过螺栓与上模连接板6侧面和底座1侧板的螺栓孔连接；短连接板14设置在底座1的一端，短连接板14的两端分别通过螺栓与上模7和底座1的底板一端的螺栓孔连接；长连接板13及短连接板14用于保证模具使用时的整体稳固性及整体的可移动性，长连接板13及短连接板14与模具紧固后，起重机通过起重螺栓8对模具整体进行移动。
进一步的，所述的聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3的制造公差为正负0.1mm，聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3与底座1采用过盈配合，镶嵌入底座1的底板和侧板围成的空间内；
上模连接板6及上模7的型面整体表面粗糙度不低于Ra1.6，上模7型面制造公差为负0.1mm；
定位销9的孔位置偏移极限偏差±0.3mm,孔径制造精度按GB/T 1800.31998中IT12级精度；
定位板组件10与上模7之间的位置公差为正负0.2mm，试模时上模7缓慢下落合模，保证上模7与聚氨酯限位块2及柔性定位挡块3不发生干涉；
直支撑块11和弯支撑块12的上表面距离上模7顶端的距离为10mm，保证零件板料的放置可行性。
一种变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模的零件闸压成形方法，包括以下步骤：
第一步，检查板料材料厚度、表面状态；材料表面不允许出现裂纹、脱层、非金属夹杂物、气泡、烧损，腐蚀斑点，材料边缘毛刺；为防止闸压过程中因杂质造成零件表面划伤，用丙酮或酒精浸湿的白棉布擦洗零件毛料表面和工装表面直至完全去除油迹、乳化液和其它脏物的痕迹，擦拭后白棉布上不应有污染的痕迹；
第二步，利用扳手，手动松开折弯机的滑块的上模7固定螺丝，使折弯机的夹板与固定块分开，拆除变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模的长连接板13、短连接板14及定位板组件10后将上模7装入夹板与固定块之间；利用扳手，手动拧紧折弯机的闸刀固定螺丝，利用夹板将上模7夹紧固定在固定块上，并将上模7与折弯机的上模连接板6的固定连接；手动松开折弯机工作台的模具固定螺丝，将底座1摆放在折弯机工作台上，保证折弯机的槽口与已装夹的上模7的弯曲圆角中心对正；
第三步，清理折弯机工作平台表面，要求清洁，无多余物；将底座1放置在工作平台上；底座1放置在平台上后，启动设备，将折弯机的滑块向下滑动，使上模7与底座1合模；在合模状态，手动拧紧折弯机工作台的模具固定螺丝，将底座1装夹固定在合模时的位置，保证底座1与上模7的弯曲轴线能够重合；
第四步，启动折弯机，折弯机滑块向上进行滑动，提升上模7高度，使得上模7与底座1分开；再根据上模7位置初步确定折弯机后挡板位置；将铣切后的零件毛料送进折弯机，平稳摆放在底座1上，放置于柔性定位挡块3上方，并且使得零件毛料端面与折弯机后挡板贴合；
第五步，踩下折弯机的合模开关，上模7与零件毛料无压力贴合时，停止合模，利用上模7上的定位销9与零件毛料上的定位孔进行初步定位；使用定位销9定位后，旋紧内六角螺钉5，保证上模7与零件紧密贴合；
第六步，根据底座1的位置设置折弯机滑块行程的下死点，调节程序将下压量固定，再次踩下折弯机合模开关；降低上模7高度，为保证其闸压过程稳定性，降低油缸速度；当上模7与聚氨酯限位块2接触后，手动调节上模7下压量，将上模7与聚氨酯限位块2紧密贴合，使其聚氨酯限位块2在受压后产生反向作用力，将零件毛料顶部变曲率部分包压成形；柔性定位挡块3一方面限制聚氨酯限位块2的受压外溢，另一方面在折弯机加压量保持不变的情况下，柔性定位挡块3通过对零件毛料施加反作用力，将零件毛料与上模7紧密贴合，保证上模7与零件毛料弧度平缓区域的贴合度；
第七步，保持压力结束后将上模7返回原位置，取出成形后的零件，检验零件外形，成形后的零件不应有无法修复的褶皱和破裂，零件表面不应有裂纹、压伤和其他机械损伤；使用塞尺和游标卡尺对零件进行检验，检查合格后成形过程结束。
本发明的有益效果：
通过采用上述闸压成形方法成形变曲率前缘蒙皮零件后，将通用橡胶垫凹模与专用弯曲模工装整合设计为1套防回弹成形复合模，避免了使用通用凹模闸压后带来的敲修困难、一次合格率低的问题，通过折弯机机一次闸压成形，使变曲率前缘蒙皮零件一次成形后贴合间隙小于0.5mm以及外形极限偏差小于正负0.5mm，加工一件变曲率前缘蒙皮零件的生产周期由4小时缩短到15分钟。
附图说明
图1为前缘蒙皮零件示意图
图2为工装整体轮廓图
图3为工装俯视图
图4为工装侧视图
图5为工装剖视图A-A
图6为前缘蒙皮零件二维展开数据集示意图
图7为底座的结构示意图
图中：1、底座；2、聚氨酯限位块；3、柔性定位挡块；4、弯柄圆柱插销；5、内六角螺栓；6、上模连接板；7、上模；8、起重螺栓；9、定位销；10、定位板组件；11、直支撑块；12、弯支撑块；13、长连接板；14、短连接板
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明
此种工装制造方法，将通用橡胶凹模与弯曲模两者结合到一起，形成专用防回弹工装，可以制造变曲率前缘蒙皮零件。
首先检查板料材料厚度、表面状态。材料表面不允许出现裂纹，脱层，非金属夹杂物、气泡、烧损，腐蚀斑点，材料边缘毛刺是否去除。为防止闸压过程中因杂质造成零件表面划伤，使用前用丙酮或酒精浸湿的白棉布擦洗零件毛料表面和工装表面直至完全去除油迹、乳化液和其它脏物的痕迹，擦拭后白棉布上不应有污染的痕迹。
第二步利用扳手，手动松开设备滑块的上模固定螺丝，使夹板与固定块分开，拆除长连接板13、短连接板14及定位板组件10后将上模7柄部装入夹板与固定块之间，上模7柄部为卡槽固定，需要将卡槽装入固定块槽口内。利用扳手，手动拧紧闸刀固定螺丝，利用夹板将上模7夹紧固定在固定块上，实现上模7与折弯机上模连接板的固定。手动松开设备工作台的模具固定螺丝，将底座摆放在设备工作台上，保证槽口与已装夹上模的弯曲圆角中心对正。
第三步清理工作平台表面，要求清洁，无多余物。将底座1放置在工作平台上，平台的平面度一般要求不大于1mm，防止安装工装、安放零件毛料时放置倾斜固定困难。底座1放置平台后，启动设备，将滑块向下滑动，使上模7与刀枕或底座1合模。在合模状态，手动拧紧工作台的模具固定螺丝，将底座1装夹固定在合模时的位置，保证弯曲轴线能够重合。
第四步启动折弯机，设备滑块向上进行滑动，提升上模7高度，使得上模7与底座1分开。再根据上模7初步确定后挡板位置。将铣切后的零件毛料送进，平稳摆放在底座1上，放置于柔性定位挡块3上方，并且使得零件毛料端面与后挡板贴合。
第五步踩下设备合模开关，上模7与零件毛料无压力贴合时，停止合模，利用上模7上的定位销9与零件毛料上的定位孔进行初步定位。定位销9的加工直径可选取航空制造业常用的孔径Φ5.2mm，加工后的定位销9直径控制在5.1-5.2mm。使用定位销9定位后，再次利用内六角螺钉5进行旋紧，保证上模7与零件紧密贴合，贴合间隙控制在不大于0.3mm即可。
第六步根据底座1设置滑块行程的下死点，调节程序将下压量固定，再次踩下设备合模开关。降低上模7高度，为保证其闸压过程稳定性，降低油缸速度。当上模7与聚氨酯限位块2接触后，手动调节上模7下压量，将上模7与聚氨酯限位块2紧密贴合，使其聚氨酯限位块2在受压后产生较大的反向作用力，将顶部变曲率部分包压成形。柔性定位挡块3一方面限制聚氨酯限位块2的受压外溢，另一方面在折弯机加压量保持2500KN不变的情况下，柔性定位挡块3通过对零件毛料施加反作用力，将零件毛料与上模7进行紧密贴合，保证弧度平缓区域的贴合度。
第七步保持压力结束后将上模7返回原位置，取出成形后的零件，检验零件外形，成形后的零件不应有无法修复的褶皱和破裂，零件表面不应有裂纹、压伤和其他机械损伤。使用塞尺和游标卡尺对零件进行检验，检验间隙控制在不大于0.5mm以及外形极限偏差小于正负0.5mm为合格。检查合格后成形过程结束。

Claims (3)

1.一种变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模，其特征在于，包括底座(1)、聚氨酯限位块(2)、柔性定位挡块(3)、弯柄圆柱插销(4)、内六角螺栓(5)、上模连接板(6)、上模(7)、起重螺栓(8)、定位销(9)、定位板组件(10)、直支撑块(11)、弯支撑块(12)、长连接板(13)和短连接板(14)；
底座(1)包括底板和侧板，在底板和侧板构成的空间内设置有聚氨酯限位块(2)和柔性定位挡块(3)，聚氨酯限位块(2)的底面与底座(1)底板的上表面贴合，侧面与底座(1)侧板贴合；柔性定位挡块(3)置于聚氨酯限位块(2)之上，并位于上模(7)的两侧；聚氨酯限位块(2)和柔性定位挡块(3)同时与上模(7)的外表面贴合，聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)构成的凹模型面与变曲率前缘蒙皮零件的仿真回弹优化后的外表面型面尺寸及曲率一致，聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)既用于限位防止零件回弹又用于闸压成形；
弯柄圆柱插销(4)从水平方向依次穿过设置在底座(1)侧板与柔性定位挡块(3)侧面的销孔，起到防止柔性定位挡块(3)脱落的作用；内六角螺栓(5)依次穿过设置在上模连接板(6)上的螺栓通孔，以及设置在上模(7)底面的螺栓孔，将上模连接板(6)与上模(7)紧固；上模(7)型面为实际数模进行仿真回弹后的内表面优化型面曲率及尺寸大小；上模连接板(6)的侧面设置有起重螺栓(8)，用于吊装，吊装时上模(7)随上模连接板(6)同步提升；
上模(7)顶部设置有定位销凹槽，定位销(9)的底部安装在定位销凹槽内，定位销(9)的上部用于与变曲率前缘蒙皮零件板材上的销钉孔连接；聚氨酯限位块(2)的型面表面设置有定位销(9)的躲避孔位，防止零件板料定位后闸压成形时造成聚氨酯限位块(2)破裂；
定位板组件(10)为L形板状结构，L形的短板面设置有螺纹通孔，并通过螺栓与设置在上模连接板(6)上表面两侧边缘处的螺纹孔连接；定位销(9)与定位板组件(10)共同用于上模(7)与聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)合模时的定位导向，定位板组件(10)保证上模(7)在试模时宽度方向上的位置校正，定位销(9)保证上模(7)在试模时长度方向上的位置校正；
直支撑块(11)为长方体形金属块，弯支撑块(12)为L形金属块，直支撑块(11)和弯支撑块(12)分别固定安装在上模(7)两侧，增加上模(7)的重量及平衡性，防止上模(7)在模具合模后发生侧倾；
长连接板(13)及短连接板(14)的两端均设置有螺纹通孔；长连接板(13)设置在底座(1)的一侧，长连接板(13)的两端分别通过螺栓与上模连接板(6)侧面和底座(1)侧板的螺栓孔连接；短连接板(14)设置在底座(1)的一端，短连接板(14)的两端分别通过螺栓与上模(7)和底座(1)的底板一端的螺栓孔连接；长连接板(13)及短连接板(14)用于保证模具使用时的整体稳固性及整体的可移动性，长连接板(13)及短连接板(14)与模具紧固后，起重机通过起重螺栓(8)对模具整体进行移动。
2.根据权利要求1所述的变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模，其特征在于，所述的聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)的制造公差为正负0.1mm，聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)与底座(1)采用过盈配合，镶嵌入底座(1)的底板和侧板围成的空间内；
上模连接板(6)及上模(7)的型面整体表面粗糙度不低于Ra1.6，上模(7)型面制造公差为负0.1mm；
定位销(9)的孔位置偏移极限偏差±0.3mm,孔径制造精度按GB/T 1800.31998中IT12级精度；
定位板组件(10)与上模(7)之间的位置公差为正负0.2mm，试模时上模(7)缓慢下落合模，保证上模(7)与聚氨酯限位块(2)及柔性定位挡块(3)不发生干涉；
直支撑块(11)和弯支撑块(12)的上表面距离上模(7)顶端的距离为10mm，保证零件板料的放置可行性。
3.根据权利要求1或2所述的变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模的零件闸压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，检查板料材料厚度、表面状态；材料表面不允许出现裂纹、脱层、非金属夹杂物、气泡、烧损，腐蚀斑点，材料边缘毛刺；为防止闸压过程中因杂质造成零件表面划伤，用丙酮或酒精浸湿的白棉布擦洗零件毛料表面和工装表面直至完全去除油迹、乳化液和其它脏物的痕迹，擦拭后白棉布上不应有污染的痕迹；
第二步，利用扳手，手动松开折弯机的滑块的上模(7)固定螺丝，使折弯机的夹板与固定块分开，拆除变曲率前缘蒙皮零件的防回弹成形复合模的长连接板(13)、短连接板(14)及定位板组件(10)后将上模(7)装入夹板与固定块之间；利用扳手，手动拧紧折弯机的闸刀固定螺丝，利用夹板将上模(7)夹紧固定在固定块上，并将上模(7)与折弯机的上模连接板(6)的固定连接；手动松开折弯机工作台的模具固定螺丝，将底座(1)摆放在折弯机工作台上，保证折弯机的槽口与已装夹的上模(7)的弯曲圆角中心对正；
第三步，清理折弯机工作平台表面，要求清洁，无多余物；将底座(1)放置在工作平台上；底座(1)放置在平台上后，启动设备，将折弯机的滑块向下滑动，使上模(7)与底座(1)合模；在合模状态，手动拧紧折弯机工作台的模具固定螺丝，将底座(1)装夹固定在合模时的位置，保证底座(1)与上模(7)的弯曲轴线能够重合；
第四步，启动折弯机，折弯机滑块向上进行滑动，提升上模(7)高度，使得上模(7)与底座(1)分开；再根据上模(7)位置初步确定折弯机后挡板位置；将铣切后的零件毛料送进折弯机，平稳摆放在底座(1)上，放置于柔性定位挡块(3)上方，并且使得零件毛料端面与折弯机后挡板贴合；
第五步，踩下折弯机的合模开关，上模(7)与零件毛料无压力贴合时，停止合模，利用上模(7)上的定位销(9)与零件毛料上的定位孔进行初步定位；使用定位销(9)定位后，旋紧内六角螺钉(5)，保证上模(7)与零件紧密贴合；
第六步，根据底座(1)的位置设置折弯机滑块行程的下死点，调节程序将下压量固定，再次踩下折弯机合模开关；降低上模(7)高度，为保证其闸压过程稳定性，降低油缸速度；当上模(7)与聚氨酯限位块(2)接触后，手动调节上模(7)下压量，将上模(7)与聚氨酯限位块(2)紧密贴合，使其聚氨酯限位块(2)在受压后产生反向作用力，将零件毛料顶部变曲率部分包压成形；柔性定位挡块(3)一方面限制聚氨酯限位块(2)的受压外溢，另一方面在折弯机加压量保持不变的情况下，柔性定位挡块(3)通过对零件毛料施加反作用力，将零件毛料与上模(7)紧密贴合，保证上模(7)与零件毛料弧度平缓区域的贴合度；
第七步，保持压力结束后将上模(7)返回原位置，取出成形后的零件，检验零件外形，成形后的零件不应有无法修复的褶皱和破裂，零件表面不应有裂纹、压伤和其他机械损伤；使用塞尺和游标卡尺对零件进行检验，检查合格后成形过程结束。
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CN115416392A (zh) * 2022-09-22 2022-12-02 中国航空制造技术研究院 一种用于复合材料夹层结构胶接变形控制方法

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