CN115007742A - 一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置及方法，属于航空飞机钣金零件加工技术领域。本发明通过全新设计一套工艺流程，使用“数铣下料―冲压成形―手工成形”的工艺流程替代单一的“手工成形”的工艺流程，配合使用全新设计的两套工装，用于零件成形，解决了带下陷结构的铝合金环状带板零件成形过程中下陷深度不足、型面贴合间隙超差、表面质量差等问题；生产中零件主要变形由机械加工完成，工人劳动强度显著降低，生产效率提高。
Description
技术领域
本发明属于航空飞机钣金零件加工技术领域，涉及一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置及方法。
背景技术
飞机科研型号项目中，后机身部段存在一种特殊结构的带板(如图1所示)，该类零件采用2B06 Oδ1.5制造，整体呈半环状，圆周方向分布深度0.5mm的下陷，法线方向带加强弯边。此类零件在装配时下陷位置与其他零件搭接，外侧覆盖外蒙皮，故零件型面涉及飞机理论外形，制造精度要求较高。由于下陷分布零件圆周方向所有区域，且横截面与圆周所在圆心不平行，故生产中无法在坯料状态下先压制出下陷后成形环状外形，通常采用的加工流程为“直线下料―成形―切割外形”。此类加工方法弊端在于，由于零件尺寸较大，半径达R550mm，超过橡皮囊液压机许用高度，故无法液压成形，仅能使用手工成形的方式进行生产，在制下陷和弯曲成形至与工装型面贴合的过程中，需进行大量的“收料”、“放料”以及“收放料结合”的手工操作，不仅操作者劳动强度大，而且大量手工操作造成零件表面榔头、铝锤印痕较多，严重影响零件表面质量。此外，由于钣金零件回弹现象，深度0.5mm的下陷在成形过程中基本无法体现，导致后续与配合的零件搭接后覆盖外蒙皮时出现阶差，从而影响飞机气动外形。上述问题导致该类带下陷结构的铝合金环状带板零件加工存在较大难度。
发明内容
本发明提供了一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置及方法，通过全新设计一套工艺流程，将纯手工成形的加工方式更改为“数铣下料—冲压弯曲成形—手工成形”的组合方式，并设计一套冲压下陷模成形出零件带下陷的环状型面，一套型胎用于成形出加强弯边并修整零件至最终外形，从而实现带下陷结构的铝合金环状带板零件的制造。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置，所述加工装置包括冲压下陷模和型胎。
所述冲压下陷模包括下模1、上模2、圆柱销3、模柄4、螺钉5和吊环螺钉6，用于实现将板料弯曲出与零件型面相同的环形，并压制出下陷。由于零件在圆周方向型面均匀，冲压下陷模设计时可截取一段型面即可，后续通过连续冲压即可完成全部型面的成形，选择零件的1/6进行设计。所述的下模1工作型面按零件外型面设计，其中加强弯边按展开状态，加强弯边边缘对应的下模位置制出台阶，形成凸台，用于控制成形时板料进给方向，零件无加强弯边的一侧随零件型面延伸30mm；所述的上模2按零件内型面设计，其中加强弯边按展开状态，考虑钣金零件成形中存在回弹现象，将零件下陷深度加深0.5mm并适当调整上、下模型面；所述的模柄4通过螺钉5固定于上模顶端，用于实现上模往复运动从而完成弯曲成形工作；所述的圆柱销3安装于下模1工作型面外四角，用于上、下模对正；所述的上模2和下模1四周分别安装吊环螺钉6，用于模具的吊装搬运。
所述型胎包括胎体7、盖板8、对模销9、底板10、螺钉11和吊环螺钉12，用于实现将冲压弯曲出的半成品制出加强弯边并将型面成形至设计要求的最终型面，按工装上的边缘线切割出零件外形。所述的胎体7工作型面按去掉加强弯边的零件内型面设计，在上表面划出零件边缘线，用于后续零件切割外形时确定边缘线；所述的盖板8工作型面按去掉加强弯边的零件外型面设计，其两端设有对模销9将盖板8固定于胎体7上，用于成形过程中夹持零件；所述的底板10位于胎体7下方，并通过螺钉11与胎体7固定，增加底板10用于加强工装强度并从侧面限定零件无加强弯边一侧的活动；所述的吊环螺钉12分别安装于胎体7和盖板8上，用于工装搬运吊装；所述的胎体7与底板10侧面制出通孔。
进一步的，所述冲压下陷模的工作型面制造公差±0.1mm，工作型面粗糙度不高于Ra1.6，模具装配时保证上模、下模间隙为料厚1.5mm；
进一步的，所述型胎的工作型面制造公差±0.1mm，零件型面对应区域加工表面粗糙度不高于Ra1.6。
一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工方法，此种加工方法，采用“数铣下料—冲压弯曲成形—手工成形”的工艺流程，先使用冲压下陷模成形出零件带下陷的环状型面，再使用型胎成形出加强弯边，从而实现带下陷结构的铝合金环状带板零件的制造。所述加工方法包括如下步骤：
S1数铣下料；
首次下料时，尺寸按如下原则确定：将零件外形简化为以加强弯边展开尺寸为基础，零件截面展开长度增加5mm后作为宽度的扇形，利用数学公式计算出扇形所有尺寸，两侧各留出10mm-20mm工艺余量后作为第一次下料的坯料尺寸，后续根据零件生产实际情况进行调整，最终达到数控铣出的展开料成形后“无余量加工”；数控完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理。
S2冲压前生产准备；
将冲压下陷模在合模状态下摆放在压力机工作台上，调整模具位置，手动拧紧压板螺丝，利用压板将下模1固定在工作台上；滑块上行，上模2抬起，使模具开启，在下模1工作型面上摆放一块与加工零件厚度一致的板材毛料，再次合模后利用添加的板材毛料来调整合模间隙，保证模具上、下模对正。
S3冲压弯曲成形；
S3.1试压；将坯料放在下模1工作面上，一侧保持紧贴下模1上的凸台，启动压力机，滑块下行，模具合模，保压超过5秒钟后，滑块上行，模具开启；取出坯料，测量下陷深度是否满足要求，并观察坯料表面是否有损伤；通过多次试压，在保证下陷深度以及坯料不出现损伤的情况下，最终确定冲压弯曲成形所需的最佳设备参数和工艺参数。
S3.2试压完成后，后续所有零件都按相同参数进行操作，操作过程中必须保证坯料一侧紧贴下模凸台，并保持坯料以均匀距离进给，从而完成坯料全部弯曲并压制出下陷。
S4剪切；使用卡尺等工具测量下陷至边缘宽度，并按设计要求的宽度切割除去多余部分，完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理，得到半成品零件；对于多次生产后已修正数铣下料尺寸后的零件，无需操作此步骤。
S5手工成形；将型胎的对模销9拔出，分离胎体7和盖板8，将半成品零件放入胎体7上，无加强弯边一侧紧靠底板10，合上盖板8，插上对模销9，对零件自由边成形，迫使半成品零件受力与胎体7完全紧密贴合，从而完成零件型面的全部成形；上述工作完成后取下对模销，分离胎体7和盖板8，检查零件与胎体贴合间隙是否符合设计要求，如间隙不符合要求则重复本工序进行修整。
S6切割外形；按胎体7上的零件边缘线确定零件外形，使用剪刀切割，并用锉刀锉修边缘，砂纸打磨。
S7零件淬火；将零件进行淬火处理，提高零件强度和硬度。
S8修整零件；将淬火后的零件利用型胎进行手工修整，保证零件与型胎贴合间隙不大于0.5mm。
S9零件表面处理；将零件进行阳极化和喷漆，提高零件抗腐蚀能力。
完成上述步骤，获得最终状态零件实物。
本发明的有益效果是：
本发明通过全新设计一套工艺方法，使用“数铣下料―冲压成形―手工成形”的工艺流程替代单一的“手工成形”的工艺流程，配合使用全新设计的两套工装，用于零件成形，解决了带下陷结构的铝合金环状带板零件成形过程中下陷深度不足、型面贴合间隙超差、表面质量差等问题；生产中零件主要变形由机械加工完成，工人劳动强度显著降低，生产效率提高。
附图说明
图1为零件外形图。
图2(a)为冲压下陷模侧视图。
图2(b)为冲压下陷模俯视图。
图2(c)为冲压下陷模A-A剖视图。
图3(a)为型胎结构图。
图3(b)为型胎B-B剖视图。
图中：1下模；2上模；3圆柱销；4模柄；5螺钉；6吊环螺钉；7胎体；8盖板；9对模销；10底板；11螺钉；12吊环螺钉。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
实施例
一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工方法，所述加工方法基于冲压下陷模和型胎实现。
如图2(a)、图2(b)和图2(c)所示，一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置，包括冲压下陷模和型胎。
所述冲压下陷模包括下模1、上模2、圆柱销3、模柄4、螺钉5和吊环螺钉6。本发明选择零件的1/6进行设计。所述的下模1工作型面按零件外型面设计，其中加强弯边按展开状态，其边缘对应的下模位置制出台阶用于控制成形时板料进给方向，零件无加强弯边的一侧随零件型面延伸30mm；所述的上模2按零件内型面设计，加强弯边按展开状态，考虑钣金零件成形中存在回弹现象，将零件下陷深度加深0.5mm并适当调整上、下模型面；所述的模柄4通过螺钉5固定于上模顶端，用于实现上模往复运动从而完成弯曲成形工作；所述的圆柱销3安装于下模1工作型面外四角，用于上、下模对正；所述的上模2和下模1四周分别安装吊环螺钉6，用于模具的吊装搬运。
如图图3(a)和图3(b)所示，所述型胎包括胎体7、盖板8、对模销9、底板10、螺钉11和吊环螺钉12，用于实现将冲压弯曲出的半成品制出加强弯边并将型面成形至设计图样要求的最终型面，并按工装上的边缘线切割出零件外形。所述的胎体7工作型面按去掉加强弯边的零件内型面设计，并在上表面划出零件边缘线，用于后续零件切割外形时确定边缘线；所述的盖板8工作型面按去掉加强弯边的零件外型面设计，其两端设有对模销9将盖板8固定于胎体7上，用于成形过程中夹持零件；所述的底板10位于胎体7下方，并通过螺钉11与胎体7固定，鉴于零件宽度较小，外廓尺寸较大，增加底板10用于加强工装强度并从侧面限定零件无加强弯边一侧的活动；所述的吊环螺钉12分别安装于胎体7和盖板8上，用于工装搬运吊装。所述的胎体7与底板10侧面制出通孔，便于结构减重。
进一步的，所述冲压下陷模的工作型面制造公差±0.1mm，工作型面粗糙度不高于Ra1.6，模具装配时保证上模、下模间隙为料厚1.5mm；
进一步的，所述型胎的工作型面制造公差±0.1mm，零件型面对应区域加工表面粗糙度不高于Ra1.6。
一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工方法，包括如下步骤：
S1数铣下料；将零件外形简化为以加强弯边展开尺寸为基础，零件截面展开长度增加5mm后作为宽度的扇形，利用数学公式计算出扇形所有尺寸，两侧各留出15mm工艺余量后作为第一次下料的坯料尺寸，数控完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理。
S2冲压前生产准备；利用吊车或叉车将冲压下陷模在合模状态下摆放在压力机工作台上，调整模具位置，手动拧紧压板螺丝，利用压板将下模1固定在工作台上；滑块上行，上模2抬起，使模具开启，在下模1工作型面上摆放一块与加工零件厚度一致的板材毛料，再次合模后利用添加的板材毛料来调整合模间隙，保证模具上、下模对正。
S3冲压弯曲成形：
S3.1试压；将坯料放在下模1工作面上，一侧保持紧贴下模1上的凸台，启动压力机，滑块下行，模具合模，保压6秒钟后，滑块上行，模具开启；取出坯料，测量下陷深度是否满足图样要求，并观察坯料表面是否有压伤、擦伤等；通过多次试压，在保证下陷深度以及坯料不出现压伤、擦伤的情况下，最终确定冲压弯曲成形所需的最佳设备参数和工艺参数。
S3.2试压完成后，零件按S3.1确定的参数进行操作，操作过程中必须保证坯料一侧紧贴下模凸台，并保持坯料以均匀距离进给，从而完成坯料全部弯曲并压制出下陷。
S4剪切；使用卡尺等工具测量下陷至边缘宽度，并按设计图样的宽度切割除去多余部分，完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理，得到半成品零件。
S5手工成形；将型胎的对模销9拔出，分离胎体7和盖板8，将半成品零件放入胎体7上，无加强弯边一侧紧靠底板10，合上盖板8，插上对模销9，采用榔头、铝锤、垫板等工具对零件自由边成形，迫使半成品零件受力与胎体7完全紧密贴合，从而完成零件型面的全部成形；上述工作完成后取下对模销，分离胎体7和盖板8，检查零件与胎体贴合间隙是否符合设计图样要求，如间隙不符合要求则重复本工序进行修整。
S6切割外形；按胎体7上的零件边缘线确定零件外形，使用剪刀切割，并用锉刀锉修边缘，砂纸打磨。
S7零件淬火；将零件进行淬火处理，提高零件强度和硬度。
S8修整零件；将淬火后的零件利用型胎进行手工修整，保证零件与型胎贴合间隙不大于0.5mm。
S9零件表面处理；将零件进行阳极化和喷漆，提高零件抗腐蚀能力。
完成上述步骤，获得最终状态零件实物。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置，其特征在于，所述加工装置包括冲压下陷模和型胎；
所述冲压下陷模包括下模(1)、上模(2)、圆柱销(3)、模柄(4)、螺钉(5)和吊环螺钉(6)，用于实现将板料弯曲出与零件型面相同的环形，并压制出下陷；由于零件在圆周方向型面均匀，冲压下陷模设计时可截取一段型面即可，后续通过连续冲压即可完成全部型面的成形，选择零件的1/6进行设计；所述的下模(1)工作型面按零件外型面设计，其中加强弯边按展开状态，加强弯边边缘对应的下模位置制出台阶，形成凸台，用于控制成形时板料进给方向，零件无加强弯边的一侧随零件型面延伸30mm；所述的上模(2)按零件内型面设计，其中加强弯边按展开状态，考虑钣金零件成形中存在回弹现象，将零件下陷深度加深0.5mm并适当调整上、下模型面；所述的模柄(4)通过螺钉(5)固定于上模顶端，用于实现上模往复运动从而完成弯曲成形工作；所述的圆柱销(3)安装于下模(1)工作型面外四角，用于上、下模对正；所述的上模(2)和下模(1)四周分别安装吊环螺钉(6)，用于模具的吊装搬运；
所述型胎包括胎体(7)、盖板(8)、对模销(9)、底板(10)、螺钉(11)和吊环螺钉(12)，用于实现将冲压弯曲出的半成品制出加强弯边并将型面成形至设计要求的最终型面，按工装上的边缘线切割出零件外形；所述的胎体(7)工作型面按去掉加强弯边的零件内型面设计，在上表面划出零件边缘线，用于后续零件切割外形时确定边缘线；所述的盖板(8)工作型面按去掉加强弯边的零件外型面设计，其两端设有对模销(9)将盖板(8)固定于胎体(7)上，用于成形过程中夹持零件；所述的底板(10)位于胎体(7)下方，并通过螺钉(11)与胎体(7)固定，增加底板(10)用于加强工装强度并从侧面限定零件无加强弯边一侧的活动；所述的吊环螺钉(12)分别安装于胎体(7)和盖板(8)上，用于工装搬运吊装；所述的胎体(7)与底板(10)侧面制出通孔。
2.根据权利要求1所述的一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置，其特征在于，所述冲压下陷模的工作型面制造公差±0.1mm，工作型面粗糙度不高于Ra1.6，模具装配时保证上模、下模间隙为料厚1.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工装置，其特征在于，所述型胎的工作型面制造公差±0.1mm，零件型面对应区域加工表面粗糙度不高于Ra1.6。
4.一种带下陷结构的铝合金环状带板的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1数铣下料；
首次下料时，尺寸按如下原则确定：将零件外形简化为以加强弯边展开尺寸为基础，零件截面展开长度增加5mm后作为宽度的扇形，利用数学公式计算出扇形所有尺寸，两侧各留出10mm-20mm工艺余量后作为第一次下料的坯料尺寸，后续根据零件生产实际情况进行调整，最终达到数控铣出的展开料成形后“无余量加工”；数控完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理；
S2冲压前生产准备；
将冲压下陷模在合模状态下摆放在压力机工作台上，调整模具位置，手动拧紧压板螺丝，利用压板将下模(1)固定在工作台上；滑块上行，上模(2)抬起，使模具开启，在下模(1)工作型面上摆放一块与加工零件厚度一致的板材毛料，再次合模后利用添加的板材毛料来调整合模间隙，保证模具上、下模对正；
S3冲压弯曲成形；
S3.1试压；将坯料放在下模(1)工作面上，一侧保持紧贴下模(1)上的凸台，启动压力机，滑块下行，模具合模，保压超过5秒钟后，滑块上行，模具开启；取出坯料，测量下陷深度是否满足要求，并观察坯料表面是否有损伤；通过多次试压，在保证下陷深度以及坯料不出现损伤的情况下，确定冲压弯曲成形所需的最佳设备参数和工艺参数；
S3.2试压完成后，后续所有零件都按相同参数进行操作，操作过程中必须保证坯料一侧紧贴下模凸台，并保持坯料以均匀距离进给，从而完成坯料全部弯曲并压制出下陷；
S4剪切；使用卡尺等工具测量下陷至边缘宽度，并按设计要求的宽度切割除去多余部分，完成后对边缘进行锉修、去毛刺处理，得到半成品零件；对于多次生产后已修正数铣下料尺寸后的零件，无需操作此步骤；
S5手工成形；将型胎的对模销(9)拔出，分离胎体(7)和盖板(8)，将半成品零件放入胎体(7)上，无加强弯边一侧紧靠底板(10)，合上盖板(8)，插上对模销(9)，对零件自由边成形，迫使半成品零件受力与胎体(7)完全紧密贴合，从而完成零件型面的全部成形；上述工作完成后取下对模销，分离胎体(7)和盖板(8)，检查零件与胎体贴合间隙是否符合设计要求，如间隙不符合要求则重复本工序进行修整；
S6切割外形；按胎体(7)上的零件边缘线确定零件外形，完成切割、边缘锉修及打磨；
S7零件淬火；将零件进行淬火处理，提高零件强度和硬度；
S8修整零件；将淬火后的零件利用型胎进行手工修整，保证零件与型胎贴合间隙不大于0.5mm；
S9零件表面处理；将零件进行阳极化和喷漆，提高零件抗腐蚀能力；
完成上述步骤，获得最终状态零件实物。
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