一種用于飛機z型材的一次拉彎成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機金屬型材拉彎成形領(lǐng)域，具體涉及一種用于飛機Z型材的一次拉 彎成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 拉彎是指工件在彎曲的同時加以切向拉力，改變工件截面內(nèi)的應力狀態(tài)的一種型 材彎曲工藝，相對于其它彎曲工藝有如下工藝特點：能成形空間結(jié)構(gòu)復雜的型材零件；能 成形屈強比大的型材彎曲零件；具有不同工藝方法相結(jié)合的綜合成形特點；彎曲精度高， 回彈?。痪哂腥嵝灾圃焯攸c。
[0003] 型材拉彎常用于成形各種大型、復雜截面、非對稱、變曲率三維型材零件，因而，被 廣泛應用于航空航天、汽車、建筑、橋梁、電梯和火車等制造業(yè)。飛機上的緣條、機身前后段 和發(fā)動機短艙的長桁等尺寸大、相對彎曲半徑大的擠壓型材、板彎型材彎曲件，這類零件組 成飛機骨架的受力零件，直接影響到飛機的氣動力外形，因而形狀精度要求很高，生產(chǎn)中普 遍采用拉彎成形的方法制造這類零件。汽車車身外金屬飾條以及門窗框、流水檐和保險杠 及中高檔轎車的車身外金屬飾條等均采用拉彎工藝成形。
[0004] C919飛機框緣類零件由Z形截面型材拉彎成形，由于受截面形狀、彎曲半徑、材料 性能等的影響，通用二次拉彎成形過程中型材截面畸變、截面變窄和減薄嚴重，導致成形質(zhì) 量達不到要求；零件為變曲率外形，回彈控制困難，成形后手工校形量大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種用于飛機Z型材的一次拉彎成形方 法。
[0006] 為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0007] 一種用于飛機Z型材的一次拉彎成形方法，其特征步驟如下：
[0008] 第一步，采用解析計算或者數(shù)值模擬方法預測Z形截面型材拉彎回彈量，根據(jù)預 測結(jié)果進行拉彎模具回彈補償設(shè)計，并完成拉彎模具制造；
[0009] 第二步，對待成形的Z形截面型材進行熱處理，當達到新淬火狀態(tài)后取出零件，等 待成形；
[0010] 第三步，設(shè)定拉彎機參數(shù)，所述的拉彎機參數(shù)設(shè)定為：擺臂速度為1. 3度/秒，拉伸 缸速度為0. 4inch/s ;緊貼力為3噸，預拉伸量為9mm，補拉伸量為60mm，拉彎過程中始終保 持所設(shè)定的拉彎機參數(shù)；
[0011] 第四步，一次拉彎成形，預拉伸，拉彎，補拉伸，卸載，第二步的熱處理后的零件需 要在30min內(nèi)完成拉彎成形，否則需要放置于冰箱中等待成形；
[0012] 第五步，精度測量并調(diào)整工藝參數(shù)后重復第四步操作，直到得到理想的零件外形。
[0013] 一種上述方法的拉彎模具，包括上擋板、靠模、下?lián)醢?，靠模位于上擋板和下?lián)醢?之間，靠模的上表面與上擋板的下表面貼合，靠模的下表面與下?lián)醢宓纳媳砻尜N合，所述靠 模和下?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)相似，在上擋板與靠模之間通過多個緊固螺栓的連接將型材件壓緊，另外 在上擋板、靠模和下?lián)醢逯g也通過多個緊固螺栓將所述上擋板、靠模和下?lián)醢暹B接并固 緊。
[0014] 在靠模上還分別設(shè)有若干減輕孔、定位孔、吊裝孔。
[0015] 本發(fā)明的有益效果在于：全面提高了零件成形質(zhì)量，大幅減少手工修校量，可以有 效的節(jié)省成形時間，縮短了產(chǎn)品制造周期，降低成本，本發(fā)明中的模具結(jié)構(gòu)簡單易于制造， 取材使用方便，制造成本低。
【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明方法所用的拉彎模具結(jié)構(gòu)立體示意圖，
[0017] 圖2為本發(fā)明方法所用的拉彎模具結(jié)構(gòu)主視圖，
[0018] 圖3為圖2的A-A剖視圖，
[0019] 圖4為典型型材拉彎成形原理過程示意圖，
[0020] 圖5為臨界截面應力分布，
[0021] 圖6為型材彎曲回彈前后幾何尺寸比較，
[0022] 圖7為本發(fā)明拉彎成形方法流程圖。
【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明：
[0024] 實施例：參見圖1至圖7。
[0025] 一種用于飛機Z型材的一次拉彎成形方法，其特征步驟如下：
[0026] 第一步，回彈補償。提取型材截面形狀、型材與模具的裝配關(guān)系即相對位置關(guān)系、 零件外形參數(shù)即模具引導線的曲率及長度特征、材料參數(shù)即材料的單拉應力應變曲線數(shù) 據(jù)，或者擬合本構(gòu)模型參數(shù)，硬化模型參數(shù)、所使用拉彎工藝參數(shù)包括拉彎過程的預拉伸 量、補拉伸量以及成形條件包括摩擦條件，如摩擦系數(shù)，成形速度條件，加載條件，加載方 式，邊界條件后，采用解析計算或者數(shù)值模擬方法預測Z形截面型材拉彎回彈量，即相應拉 彎成形條件下零件引導線回彈前后的偏差量，根據(jù)預測結(jié)果的偏差量反向修正，迭代計算， 實現(xiàn)拉彎模具回彈補償設(shè)計即根據(jù)修正后的引導線生成回彈補償后的拉彎模具型面，并增 加常規(guī)拉彎模具的工藝特征，如分塊設(shè)計，輔助裝置，得到拉彎用模具數(shù)模，并完成拉彎模 具制造。
[0027] 第二步，型材熱處理。所提供Z形截面型材為2024鋁合金O態(tài)擠壓型材，成形零 件的要求為T狀態(tài)，因此，需要對2024鋁合金O態(tài)擠壓型材進行熱處理淬火為W態(tài)擠壓型 材，即新淬火狀態(tài)，然后拉彎成形，再時效得到T狀態(tài)擠壓型材，2024鋁合金熱處理采用鹽 酸池進行加熱至493°C并保溫30分鐘，然后在3秒時間內(nèi)迅速轉(zhuǎn)移至水冷池得到W狀態(tài)，W 狀態(tài)進行拉彎成形的優(yōu)勢在于，W狀態(tài)的材料軟，成形力小，回彈小，若到達T狀態(tài)再拉彎成 形，回彈較大，不易控制。
[0028] 第三步，安裝模具并設(shè)定拉彎機參數(shù)。模具安裝需要按照機床手冊要求正確放置 模具位置，調(diào)節(jié)模具有效位置的合理間隙，模具高度調(diào)節(jié)與拉彎夾頭高度匹配，并檢查模具 安裝合理性及機床成形能力，保證設(shè)備安全。所述的拉彎機參數(shù)（設(shè)置參數(shù)與第一步回彈 預測時采用工藝參數(shù)一致）為：擺臂速度為I. 3度/秒，拉伸缸速度為0. 4inch/s ;緊貼力 為3噸，預拉伸量為9mm，補拉伸量為60mm，并完成數(shù)控拉彎機的數(shù)據(jù)代碼采集（用于自動 完成拉彎過程拉伸缸的伸長與轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動量的協(xié)調(diào)），始終保持所設(shè)定的拉彎機參數(shù)。
[0029] 第四步，一次拉彎成形。按設(shè)置參數(shù)拉緊淬火后擠壓型材，消除熱處理造成的變 形，預拉伸，按設(shè)置參數(shù)拉伸型材，用于消除拉彎過程型材內(nèi)層起皺，拉彎，注意工件貼模情 況，初次成形需要適當修改彎曲極限設(shè)置保證零件完全貼模，補拉伸，機床根據(jù)設(shè)置的補拉 伸量使型材達到足夠的軸向拉力，達到減小拉彎回彈的效果，成形結(jié)束后卸載拉彎零件，從 拉彎夾鉗中取出零件。另外，熱處理后的零件需要在30min內(nèi)完成拉彎成形，否則需要放置 于冰箱中等待成形。
[0030] 第五步，精度測量并調(diào)整工藝參數(shù)后進行第四步操作，直到得到理想的零件外形。 由于拉彎成形工藝參數(shù)較多，回彈量受多個參數(shù)影響，當零件達不到制造要求，可以適當增 加補拉量大小，甚至修改機床的數(shù)控代碼，直到成形質(zhì)量滿足要求。
[0031] 一種用于上述方法的拉彎模具，包括上擋板2、靠模1、下?lián)醢?,所述靠模1和下 擋板3呈半圓形，上擋板2呈圓弧形，材料均為45號鋼，靠模1和下?lián)醢?結(jié)構(gòu)相似，下?lián)?板3的外輪廓尺寸大于靠模1的外輪廓尺寸。沿著靠模1的直外輪廓向內(nèi)偏移30_，分布 8個安裝緊固螺栓9的階梯孔4,用于緊固靠模1和下?lián)醢?。沿著靠模1的直外輪廓向內(nèi) 偏移131_，分布4個大的減輕孔5,用于減輕模具整體重量。沿著靠模1的直外輪廓向內(nèi) 偏移150mm，分布2個定位孔6,在模具安裝時起定位作用。在靠模1的對稱中心線的兩側(cè) 分布四個吊裝孔7,安裝吊環(huán)后用于模具整體的搬運，在靠模1的對稱中心線處分布一個減 輕孔5。沿著靠模1的圓弧形外輪廓向內(nèi)偏移分布10個安裝緊固螺栓9的階梯孔4,用于 緊固安裝工件8后的靠模1和上擋板2?？磕?上的其他圓孔為工藝孔。
[0032] 關(guān)于解析計算或者數(shù)值模擬方法預測Z形截面型材拉彎回彈量的說明如下：
[0033] 1、解析計算過程：拉彎是指工件在彎曲的同時加以切向拉力，改變工件截面內(nèi)的 應力狀態(tài)的一種型材彎曲工藝，即在型材預拉伸至材料屈服極限時加載彎曲并保持一定的 軸向拉力，使之壓入模具的型槽內(nèi)而成形的彎曲過程。其典型工藝過程包括預拉伸、彎曲和 最終拉伸（補拉）三個階段，如圖4所示。
[0034] 拉彎與普通彎曲的區(qū)別在于：普通彎曲時中性層基本不變，而拉彎時型材的中性 層內(nèi)移，甚至內(nèi)移到型材的內(nèi)側(cè)或移出內(nèi)側(cè)表面。
[0035] A-7B數(shù)控拉彎機采用拉線傳感器記錄模具特征型面，數(shù)控程序生產(chǎn)的同時確定了 型材拉彎的應變中性層位置。一般情況下，模具特征型面為模具最內(nèi)層引導線，即型材截面 最內(nèi)層。假定拉彎成形過程中直線段與彎曲段臨界截面的最內(nèi)層為中性層（也可假定中間 截面為臨界截面），結(jié)合鋁鋰合金材料力學性能特征，可得到如圖5所示的臨界截面應力分 布。
[0036] 臨界截面最內(nèi)層半徑為Rn，應變ε η為
[0037] ε η= 〇
[0038] 臨界截面任意位置的應變ε可近似為
[0039]
【主權(quán)項】
1. 一種用于飛機Z型材的一次拉彎成形方法，其特征步驟如下： 第一步，采用解析計算或者數(shù)值模擬方法預測Z形截面型材拉彎回彈量，根據(jù)預測結(jié) 果進行拉彎模具回彈補償設(shè)計，并完成拉彎模具制造； 第二步，對待成形的Z形截面型材進行熱處理，當達到新淬火狀態(tài)后取出零件，等待成 形； 第三步，設(shè)定拉彎機參數(shù)，所述的拉彎機參數(shù)設(shè)定為：擺臂速度為1. 3度/秒，拉伸缸速 度為0. 4 inch/s ;緊貼力為3噸，預拉伸量為9mm，補拉伸量為60mm，拉彎過程中始終保持 所設(shè)定的拉彎機參數(shù)； 第四步，一次拉彎成形，預拉伸，拉彎，補拉伸，卸載，第二步的熱處理后的零件需要在 30min內(nèi)完成拉彎成形，否則需要放置于冰箱中等待成形； 第五步，精度測量并調(diào)整工藝參數(shù)后重復第四步操作，直到得到理想的零件外形。
2. -種用于權(quán)利要求1所述方法的拉彎模具，其特征在于：包括上擋板、靠模、下?lián)醢澹?靠模位于上擋板和下?lián)醢逯g，靠模的上表面與上擋板的下表面貼合，靠模的下表面與下 擋板的上表面貼合，所述靠模和下?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)相似，在上擋板與靠模之間通過多個緊固螺栓 的連接將型材件壓緊，另外在上擋板、靠模和下?lián)醢逯g也通過多個緊固螺栓將所述上擋 板、靠模和下?lián)醢暹B接并固緊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種拉彎模具，其特征在于：在靠模上還分別設(shè)有若干減輕 孔、定位孔、吊裝孔。
【專利摘要】本發(fā)明涉及飛機金屬型材拉彎成形領(lǐng)域，具體涉及一種用于飛機Z型材的一次拉彎成形方法。其步驟如下：第一步，采用解析計算或者數(shù)值模擬方法預測Z形截面型材拉彎回彈量，根據(jù)預測結(jié)果進行拉彎模具回彈補償設(shè)計，并完成拉彎模具制造；第二步，對待成形的Z形截面型材進行熱處理，當達到新淬火狀態(tài)后取出零件，等待成形；第三步，設(shè)定拉彎機參數(shù)；第四步，一次拉彎成形，預拉伸，拉彎，補拉伸，缷載；第五步，精度測量并調(diào)整工藝參數(shù)后重復第四步操作，直到得到理想的零件外形。本發(fā)明提高零件成形質(zhì)量，減少手工修校量，有效的節(jié)省成形時間，縮短產(chǎn)品制造周期，降低成本，本發(fā)明中的模具結(jié)構(gòu)簡單易于制造，取材使用方便，制造成本低。
【IPC分類】B21D37-10, B21D7-12, B21D7-022
【公開號】CN104722618
【申請?zhí)枴緾N201510098013
【發(fā)明人】吳靜明
【申請人】江西洪都航空工業(yè)集團有限責任公司
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月5日