CN115121686B - 一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具及其成型工艺，其中拉伸模具，包括上模和下模，上模包括上模板和成形凹模，下模包括成形凸模，成形凸模包括模体和模座，所述模体和模座之间设有对应零件变截面弯边的变截面弯边成型区，所述成形凹模的底部中间设有对应模体的成型凹槽，所述成型凹槽内侧壁的底部两侧分别设有对应变截面弯边成型区的变截面切角边。本发明拉伸和手工校正仅需一套模具即可完成零件所有的成形操作，简化了模具制造，同时使用拉伸模具成形的零件，变形量明显减少，后续手工校正量明显减轻，生产效率大幅度提高，并且仅一名飞机钣金工即可完成零件所有成形操作，大幅度节省了模具设计和制造成本。

Description

一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具及其成型工艺

技术领域

本发明涉及航空制造钣金成形技术领域，特别涉及一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具及其成型工艺。

背景技术

罩盖零件作为飞机钣金零件，是飞机结构重要组成部分，其主要作用是控制飞机外形、保证气动外形和保护内部元件不受气动力、气动热和声振等环境影响，该类零件为变曲率横截面零件，型面结构复杂，一般呈流线型曲面结构，并且有较大的深宽比，具有外轮廓尺寸大、开档尺寸小和内壁深度深的特点。

目前该类零件成形工艺一般采用“落压成形+退火+手工校正+淬火+手工校正”的工艺方案，其中因零件落压变形严重，容易出现出皱纹或被拉裂缺陷，需进行退火以降低材料的冷作硬化、提高塑性，退火后再次手工校正，手工校正工作量明显加大，材料报废率较高，因此，为改善零件成形缺陷，需要对成形工艺方案进行优化，即通过采用垫橡皮进行逐次落压成形，手工成形采用自制的简易收边器+半旧的木榔头进行校正，采用逐次落压成形过程中尽管在一定程度上能减轻零件出现大量皱纹或被拉裂缺陷，但由于落锤的压制作用，导致零件尺寸精度一致性差，材料仍出现较高的报废率，并且落锤模采用的铅锌模具较软，成形过程中易导致模具表面出现凹坑缺陷，从而影响零件表面质量；仅靠手工对落压成形后的起皱处进行校正后仍有明显的榔头印产生，费时费力，无法完全保证零件全部贴模；落压成形生产周期长且中间成形工序较多，导致整个零件生产周期较长，效率低，无法满足后续批生产需求，随着新一代飞机外形尺寸和拉深深度的不断增加，现有的成形技术无法满足其后续生产要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具及其成型工艺。

为此，本发明的第一目的在于提供一种大深宽比飞机钣金罩盖零件拉伸模具，包括上模和下模，所述上模包括上模板和成形凹模，所述下模包括成形凸模，所述成形凸模包括模体和模座，所述模体和模座的两侧之间设有对应零件变截面弯边的变截面弯边成型区，所述成形凹模的底部中间设有对应模体的成型凹槽，所述成型凹槽内侧壁的底部两侧分别设有对应变截面弯边成型区的变截面切角边。

优选，模体与成型凹槽的单侧间隙控制在板料厚度的1.1 至1.2之间。

优选，所述上模和下模之间设有单边定位装置，所述单边定位装置包括上固定块、定位插板、下固定块和定位块，所述成形凸模的前端面上设有上固定块，上固定块上设有定位插板，所述成形凸模的前端面设有下固定块，下固定块的两侧分别设有定位块，两定位块对定位插板插入定位。

本发明的另一个目的在于提供一种飞机钣金罩盖零件的成型工艺，包括以下步骤：

S1:前置处理：在板料的上表面铺贴一层塑料保护膜；

S2: 钣金罩盖零件的腹板面及侧壁初步成型：将板料放置在成形凸模上进行拉伸，利用拉伸机的钳口分别夹住板料两端，降低拉伸机钳口高度以施加向下的第一拉伸力F1，使板料逐步贴合到成形凸模的上表面及侧面，初步成型出钣金罩盖零件的腹板面及侧壁形状；

S3: 钣金罩盖零件的变截面弯边部的初步成型：控制上模下行至靠近成形凸模的变截面弯边成型区，利用上模护住腹板面及侧壁的已成型区域，通过拉伸机继续施加朝外侧倾斜向下的第二拉伸力F2，初步成型出变截面弯边部；

S4: 钣金罩盖零件的成型：控制上模下行至合模，使变截面切角边压住变截面弯边部，通过拉伸机再次施加水平反向的第三拉伸力F3，直至板料与模具型面完全拉伸贴合为止，得到半成品零件；

S5:对半成品零件进行修剪并预留耳片，并在耳片上加工出耳片孔，去除半成品零件的塑料保护膜；

S6:将半成品零件进行淬火处理；

S7: 手工校正：淬火完成后取出半成品零件，将半成品零件固定在下模上，使用橡皮和校正卡板对淬火变形后的局部不贴合处进行校正，直至零件最终完全贴模；

S8: 校正后进行修边并去除耳片，即可得到最终产品。

优选，在步骤S1和步骤S2之间还包括下料步骤，所述下料步骤包括将板料平铺在成形凸模，使板料拉伸方向与轧制方向一致。

优选，步骤S6中，淬火使用铝丝固定耳片将半成品零件置于硝盐槽中进行淬火。

本发明有益效果在于：

1、拉伸和手工校正仅需一套模具即可完成零件所有的成形操作，简化了模具制造，同时使用拉伸模具成形的零件，变形量明显减少，后续手工校正量明显减轻，生产效率大幅度提高，并且仅一名飞机钣金工即可完成零件所有成形操作，大幅度节省了模具设计和制造成本。

2、本发明成形工艺“拉伸成形+上模辅助成形”，替代了以往的落压成形和退火工艺方案，能达到简化蒙皮加工工艺流程，并有效的解决了以往零件落压成形过程中的表面起皱严重或被拉裂缺陷，表面质量差和合格率低的问题，精度得以保证，极大地提高了零件的成形合格率；该工艺方案可为后续类似零件成形提供技术支持和推广。

附图说明

图1是本发明较佳实施例中飞机整流罩零件的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例中拉伸模具的结构示意图；

图3是图2沿A-A的剖视图；

图4是本发明较佳实施例中上模的结构示意图；

图5是本发明较佳实施例中上模的侧剖视图；

图6是本发明较佳实施例中下模的侧视图；

图7是图6沿B-B的剖视图；

图8是图6沿C-C的剖视图；

图9是本发明较佳实施例第一次拉伸时的结构示意图；

图10是本发明较佳实施例第二次拉伸时的结构示意图；

图11是本发明较佳实施例第三次拉伸时的结构示意图；

图12是本发明较佳实施例校正后半成品零件的结构示意图；

图13是本发明较佳实施例半成品零件在成形凸模上的结构示意图；

图14是本发明较佳实施例半成品零件手工校正时的结构示意图；

图15是本发明较佳实施例板料下料方向的示意图

图中：上固定块1，定位插板2，上模板3，成形凹模4，定位块5，下固定块6，成形凸模7，耳片8，成型凹槽41，模体71，模座72，变截面弯边成型区73，零件100，变截面弯边101，钳口200，板料300，塑料保护膜301，变截面弯边部302，半成品零件400，变截面切角边411。

实施方式

本发明通过下面的实施案例可以对本发明做进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：本实施例中板料300为常见的航空材料LY12-M，零件的成形工艺为：“拉伸成形+淬火+手工校正”，取消和替代了原来的“落压成形+退火+手工校正+淬火+手工校正”工艺，

如图1所示为大宽比飞机整流罩零件的结构示意图；零件两侧具有难变形区域（变截面弯边101），由零件的横向及纵向曲率进行分析后可知，该类零件通常横向曲率相比纵向曲率明显较大且零件纵向长度较长，零件腹板面为变曲率的凸峰型结构并且纵向曲率较小，根据以往零件经验可知，零件需两次及两次以上拉伸成形，为进一步验证零件是否可进行一次拉伸成形，通过选取零件最大处剖面长度Lmax、最小处剖面处长度Lmin和查取常见航空材料LY12M的延伸率后，通过对零件极限拉伸系数Kmax和拉伸系数KL进行对比分析计算，可知该类零件极限拉伸系数Kmax小于拉伸系数KL，需进行多次拉伸成形，本实施例中为简化拉伸成形次数，节省拉伸模具制造加工成本及提高零件生产效率，本发明选择的零件拉伸成形工艺方法为带上、下模的拉伸成形工艺。

本发明拉伸模具的技术方案如下：如图2——图8所示，该拉伸模具包括上模和下模，其中下模主要用于整流罩零件腹板面及侧边的大部分区域成形，上模主要用于零件难变形区域（变截面弯边101）的成形，具体地，上模包括上模板3和成形凹模4，下模包括成形凸模7，成形凸模7包括模体71和模座72，模体71和模座72之间设有对应零件变截面弯边101的变截面弯边成型区73，成形凹模4的底部中间设有对应模体71的成型凹槽41，成型凹槽41内侧壁的底部两侧分别设有对应变截面弯边成型区73的变截面切角边411，因大宽比零件通常内深深度较深，变形较大，为提高零件成形后的外形准确度及提高模具使用寿命，本发明的拉伸模上模和下模材料优先45号铸钢，此类零件使用铸钢拉伸模材料相比传统蒙皮的环氧树脂胶砂拉伸模，该模具能抵抗拉伸过程中的较大压应力，使用寿命高；且整体结构性强，刚度大，不易变形，其于模具部件选择普通的Q235即可。

为更好保证整流罩零件均匀变形，避免零件局部减薄变形严重，优选，模体71与成型凹槽41的单侧间隙控制在板料厚度的1.1 至1.2之间。

为保证整流罩零件变形最大区域，即零件变截面弯边能更好的均匀变形，防止零件沿拉伸方向变形过程中因上模与外侧区域接触，造成零件出现划伤甚至出现破裂，需要零件表面铺贴一层塑料保护膜，其中塑料膜除保护零件出现划伤外，并且能增大板料300与上模之间的摩擦力，可有效避免此区域出现破裂等缺陷；同时为更好的提高板料300其它区域成形流动性。

为提高零件拉伸效率，保证零件贴模，上模和下模之间设有单边定位装置，在保证零件成形质量的同时，又可大幅度提高零件拉伸成形效率，优选，所述单边定位装置包括上固定块1、定位插板2、下固定块6和定位块5，所述成形凸模7的前端面上设有上固定块1，上固定块1上设有定位插板2，所述成形凸模7的前端面设有下固定块6，下固定块6的两侧分别设有定位块5，两定位块5对定位插板2插入定位。

本发明所述的大宽比飞机钣金整流罩零件拉伸加载主要为“三步法”拉伸：①零件初始状态成形（第一次拉伸）、②零件中间成形（第二次拉伸）和③零件最终完全成形（第三次拉伸）三步即可完成零件拉伸成形过程，其中第一次拉伸主要是零件预成形，第二次拉伸主要是零件大部分区域成形，这一步可先保证零件除难变形区域外所有需变形区域均能贴模；第三次拉伸主要是带上模成形，可保证零件难变形区域（变截面弯边）在较为均匀的拉伸量的情况下拉伸成型，材料能均匀流动，可避免了难变形区域产生裂纹和滑移线等缺陷。

具体地，本发明一种飞机钣金罩盖零件的成型工艺参见图9——图15，包括以下步骤：

S1:前置处理：在板料300的上表面铺贴一层塑料保护膜301；

S2: 钣金罩盖零件的腹板面及侧壁初步成型：将板料300放置在成形凸模7上进行拉伸，利用拉伸机的钳口200分别夹住板料300两端，降低拉伸机钳口高度以施加向下的第一拉伸力F1（如图9所示），使板料300逐步贴合到成形凸模7的上表面及侧面，初步成型出钣金罩盖零件的腹板面及侧壁形状；

S3: 钣金罩盖零件的变截面弯边部302的初步成型：控制上模下行至靠近成形凸模7的变截面弯边成型区73，利用上模护住腹板面及侧壁的已成型区域，通过拉伸机继续施加朝外侧倾斜向下的第二拉伸力F2（如图10所示），初步成型出变截面弯边部302；通过上模、板料300及下模之间的间隙护住已成型区域，由于已成型区域处于塑性成型状态，可以保证板料300继续拉伸成型时该区域厚度变薄量控制在合理范围，减少此区域材料的流动性，避免出现减薄量大以致出现裂纹；

S4: 钣金罩盖零件的成型：控制上模下行至合模，使变截面切角边411压住变截面弯边部302，通过拉伸机再次施加水平反向的第三拉伸力F3（如图11所示），直至板料300与模具型面完全拉伸贴合为止，得到半成品零件400；

S5:对半成品零件400进行修剪并预留耳片8，并在耳片8上加工出耳片孔（如图12所示），去除半成品零件400的塑料保护膜，；

S6:将半成品零件400进行淬火处理；

S7: 手工校正：淬火完成后取出半成品零件400，将半成品零件400固定在下模上（如图13所示），使用橡皮和校正卡板9对淬火变形后的局部不贴合处进行校正，直至零件最终完全贴模（如图14所示）；

S8: 校正后进行修边并去除耳片8，即可得到最终产品。

优选，在步骤S1和步骤S2之间还包括下料步骤，所述下料步骤包括将板料300平铺在成形凸模7，使板料300拉伸方向与轧制方向一致（即规定材料长度方向为板料300的拉伸方向）如图15所示，实线箭头为材料拉伸方向，虚线箭头为材料轧制方向，该下料方式可提高整流罩零件毛坯的延伸率，提高材料难变形区域的流动，从而有利于零件难变形区域的变形，避免零件在落压成形过程中出现的破裂现象。

本实施例中在步骤S7前可在下模上钻制一定数量销钉定位孔，以便于耳片孔定位，可保证拉伸成形后的零件半成品能准确快速定位，提高零件外形精度，同时步骤S6中，淬火使用铝丝固定耳片将半成品零件400置于硝盐槽中进行淬火，可最大限度减轻零件淬火后变形量，减轻后续校正工作量。本发明仅需一套模具即可完成零件所有的成形及手工校正工作，无需重新订制手打模即可完成零件所有成形过程，为消除零件淬火后的轻微变形和减小直接使用橡皮或榔头淬火变形后难以校正的区域和工作量，根据零件型面结构特点，自制校正卡板对难变形区域进行校正，其他区域可直接使用橡皮或榔头校正可最终保证零件所有区域完全贴模，自制校正卡板可选择具有一定厚度大小普通的硬质塑料板，硬度适中，耐磨且成本低，经济效果较好。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其它实施方式。

Claims (3)

1.一种大深宽比飞机钣金罩盖零件成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1:前置处理：在板料的上表面铺贴一层塑料保护膜；

S2: 钣金罩盖零件的腹板面及侧壁初步成型：将板料放置在成形凸模上进行拉伸，利用拉伸机的钳口分别夹住板料两端，降低拉伸机钳口高度以施加向下的第一拉伸力F1，使板料逐步贴合到成形凸模的上表面及侧面，初步成型出钣金罩盖零件的腹板面及侧壁形状；

S3: 钣金罩盖零件的变截面弯边部的初步成型：控制上模下行至靠近成形凸模的变截面弯边成型区，利用上模护住腹板面及侧壁的已成型区域，通过拉伸机继续施加朝外侧倾斜向下的第二拉伸力F2，初步成型出变截面弯边部；

S4: 钣金罩盖零件的成型：控制上模下行至合模，使变截面切角边压住变截面弯边部，通过拉伸机再次施加水平反向的第三拉伸力F3，直至板料与模具型面完全拉伸贴合为止，得到半成品零件；

S5:对半成品零件进行修剪并预留耳片，并在耳片上加工出耳片孔，去除半成品零件的塑料保护膜；

S6:将半成品零件进行淬火处理；

S7: 手工校正：淬火完成后取出半成品零件，将半成品零件固定在下模上，使用橡皮和校正卡板对淬火变形后的局部不贴合处进行校正，直至零件最终完全贴模；

S8: 校正后进行修边并去除耳片，即可得到最终产品。

2.根据权利要求1所述的大深宽比飞机钣金罩盖零件成型工艺，其特征在于，在步骤S1和步骤S2之间还包括下料步骤，所述下料步骤包括将板料平铺在成形凸模，使板料拉伸方向与轧制方向一致。

3.根据权利要求1所述的大深宽比飞机钣金罩盖零件成型工艺，其特征在于，步骤S6中，淬火使用铝丝固定耳片将半成品零件置于硝盐槽中进行淬火。

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