一種大法蘭、高翻邊管口加強件的衝壓成形方法與流程
2023-06-24 09:46:16 1
本發明涉及飛機製造領域的一種鈑金零件成形技術，具體是一種用於大尺寸法蘭、高直壁翻邊的管口加強件衝壓成形方法，尤其適用於底延展、高強度的高溫合金材料板制零件的衝壓成形。
背景技術：
在飛機板制零件製造領域，管口加強件的外緣發蘭需要與飛機理論外形進行密封連接，精度要求高，由於結構的特殊性決定了零件的單一性，選擇技術經濟性合理的成形方法比較困難。
目前國內技術資料規定了此類零件成形方法有兩種。一種是常規拉深成形，此時坯料上無孔，成形時凸模下平面區首先接觸的坯料區域不參與變形，而坯料外緣法蘭在凸模的拉力作用下向凹模移動，法蘭發生塑性變形，當切向壓應力超過材料所能承受的臨界壓應力時，材料失穩，形成高低不平的皺褶，若採用雙曲率壓邊圈控制材料流動，則法蘭表面模具壓痕明顯。此種模具結構複雜，製造周期長。其二為內翻邊成形。此時坯料上預製有高翻邊的展開通孔，成形時通過凸模將孔擴大同時坯料內緣翻起形成一定直壁高度，整個過程坯料的外緣法蘭不參與變形。該成形方法主要的缺陷是翻邊厚度變薄明顯，越靠近翻邊孔減薄量越大，不能滿足飛機結構高強度的要求。
技術實現要素：
為了解決大法蘭、高翻邊管口加強件拉深成形時法蘭外緣起皺、模具結構複雜，或內翻邊成形時零件壁厚嚴重超差，本發明的目的在於提供一種具有拉深特徵的大法蘭、高翻邊管口加強件的衝壓成形方法。
一種大法蘭、高翻邊管口加強件的衝壓成形方法，步驟如下：
步驟1:確定衝壓成形模具結構
該成形模具含有凸模和凹模
步驟1-1:凹模型腔底部中心設1個排氣孔，凹模上設有加強件展開坯料的外緣線，用於展開坯料定位成形
步驟1-2:凸模側壁區的直線段尺寸為加強件側壁翻邊的直線高度，凸模平面轉角區為一封閉圓弧面，將凸模下平面區與側壁區光滑連接，平面轉角區半徑R的取值由加強件材料牌號及材料厚度δ決定，成形鋁合金材料的平面轉角區半徑R＝(3～5)·δ，成形鋼製材料可以取得略小一些；
步驟2:構造一個過渡成形體結構
以原加強件結構為基體，在其內外側邊緣增加有適量的修邊餘量，成為一個具備拉深成形和衝壓成形雙重特性的工序件，其截面形狀從簡單的型加固為型
步驟2-1:依據衝壓手冊計算得到原加強件理論展開毛坯的平面形狀，內部設有開孔，開孔大小由直立翻邊反算還原的形狀決定
步驟2-2:優化毛坯是過渡成形體的展開形狀，它在理論展開毛坯的基礎上增加內外側修邊餘量，來解決衝壓成形中材料供給不足及變形不均等缺陷
步驟2-2-1:依據平面轉角區半徑R和材料厚度δ可以確定展開毛坯內側修邊餘量
步驟2-2-2:外側修邊餘量L1通常取2～5mm
步驟2-2-3:修邊餘量採用與基體形狀相似的原則等寬增加；
步驟3:確定優化毛坯和凸凹模具定位方式
成形前，優化毛坯依據凹模的坯料外緣線放置到凹模的上型面，毛坯內側修邊餘量的上表面與凸模下平面區對應，毛坯的下表面主體成形區對應著凹模的型腔；
步驟4:衝壓成形過程
步驟4-1:利用衝壓成形設備使凸模下行，凸模的平面區首先接觸到毛坯內側修邊餘量，在凸模的拉力作用下此部分材料開始變形，逐漸包裹凸模平面轉角區，產生了徑向和切向拉應力，使側壁區材料不再只是單純的變形區同時兼顧了傳力功能
步驟4-2:凸模向下作用力經過側壁傳遞到外緣法蘭，法蘭在凸模的拉力作用下產生塑性變形，向凹模型腔流動，間接增大了側壁翻邊拉深成形極限
步驟4-3:成形結束，毛坯上下面分別貼合凸凹模型面形成過渡成形體，按照圖紙要求去除過渡成形體內外側修邊餘量，得到料厚較均勻的合格加強件。
本發明的有益效果在於：1)該方法通過增加修邊餘量構造了一個過渡成形體，新型模具從工作尺寸上控制了過渡成形體的變形特徵，解決了單純拉深成形或衝壓成形材料流動不均的缺陷，實現了衝壓與拉深兩種工藝相結合的成形優勢，具有重要的實用價值。2)該新型模具的安裝與操作方法與傳統模具相同，容易推廣實現。3)該優化毛坯修邊餘量的計算方法簡單，說服力強，較方便的保證零件成形後的材料厚度在公差允許的範圍之內。4)該新型模具結構通用性強，可借鑑不同材料、高翻邊結構件的成形，產品質量穩定、對操作者技術水平依賴低。
以下結合實施例附圖對本申請作進一步詳細描述。
附圖說明
圖1是大法蘭、高翻邊加強件整體結構及截面示意
圖2是大法蘭、高翻邊加強件的衝壓模具示意
圖3是過渡成形體整體結構及截面示意
圖4是優化毛坯與展開毛坯結構示意
圖5是大法蘭、高翻邊加強件的成形方法示意
圖6是大法蘭、高翻邊加強件的成形結果截面示意
圖中編號說明：1加強件、2外緣法蘭、3側壁翻邊、4凸模、5凹模、6凸模下平面區、7平面轉角區、8側壁區、9外緣線、10凹模上型面、11凹模型腔、12過渡成形體、13外側餘量、14內側餘量、15理論展開毛坯、16優化毛坯、17外側修邊餘量、18、內側修邊餘量
具體實施方式
參見附圖，實施例提供的飛機零件如圖1所示，該零件是一種大法蘭、高翻邊管口加強件1，主體成形包括兩大部分外緣法蘭2和側壁翻邊3。加強件的截面是簡單的型，利用現有技術成形最大的問題是法蘭2起皺嚴重或側壁翻邊3變薄超差。
如圖2-6所示，一種新型大法蘭、高翻邊管口加強件的衝壓成形方法，包括以下步驟：
步驟1:確定衝壓成形模具結構
本申請提出的成形模具如圖2所示，模具含有凸模4和凹模5，凹模型腔11底部中心設有1個排氣孔，凹模5設有加強件1展開坯料的外緣線9。凸模側壁區8的豎直高度與加強件側壁翻邊3的直線高度相匹配。凸模平面轉角區7為一封閉圓弧面，將凸模下平面區6與側壁區8光滑連接。成形鋁合金材料時平面轉角區7半徑R＝(3～5)·δ，成形鋼製材料可以取得略小一些。
步驟2:構造一個過渡成形體結構
本申請構造了一個過渡成形體12如圖3所示，以原加強件結構為基體，在其內外側邊緣增加有適量的修邊餘量，成為一個具備拉深成形和衝壓成形雙重特性的工序件，其截面形狀從簡單的型加固為型
如圖4所示，理論展開毛坯15是加強件1按衝壓手冊理論計算得到的平面展開形狀。優化毛坯16是過渡成形體12的展開形狀，呈圓環平板狀，它是在理論展開毛坯15內、外側增加了修邊餘量，內側修邊餘量18依照計算公式確定，外側修邊餘量17通常取2～5mm。修邊餘量採用與基體形狀相似的原則等寬增加。
步驟3:確定優化毛坯和凸凹模具定位方式
如圖5所示，成形前，優化毛坯16依據凹模5的坯料外緣線9放置在凹模上型面10，毛坯內側修邊餘量18的上表面與凸模下平面區6對應，毛坯16的下表面主體成形區對應著凹模型腔11。
步驟4:衝壓成形過程
成形時，凸模下平面區6首先接觸到毛坯內側修邊餘量18，在凸模4的壓力作用下此部分材料開始變形，逐漸包裹凸模平面轉角區6，使側壁翻邊3從單純拉伸變形增加了傳力功能，凸模4向下作用力藉助側壁翻邊3傳力，使外緣法蘭2向凹模型腔11流動。
如圖6所示，成形結束，優化毛坯16上下面分別貼合凸模4、凹模5型面形成過渡成形體12，去除過渡成形體12內側餘量14、外側餘量13的修邊餘量，得到料厚較均勻的合格加強件1。
需要說明的一點：對於一些外緣法蘭帶有方形尖角結構的加強件，採用此種衝壓方法成形法蘭區域仍然會有褶皺出現，為此，在凹模上型面10鋪蓋一定硬度的橡皮，橡皮消皺功效強大，一方面可以增大成形壓邊力，另一方面也保護了零件表面質量，使法蘭起皺得以緩解。