复杂曲率变截面铝合金长桁零件成形工艺研究

李婉盈

中航西安飞机工业集团股份有限公司 

【摘  要】本文通过对某型机机头长桁零件结构特点的分析，总结了该类型材零件的成形难点及成形过程中易出现的问题，通过对零件加工工艺方法、成形工艺装备的研究，确定了拉弯与手工成形相结合的工艺，以最简的方式实现零件的精准、快速成形。

【关键词】长桁 拉弯成形 拉弯模 手工成形

1 引言

随着我国航空事业的高速发展，在飞机设计中，长桁及框缘等复杂型材零件是是飞机理论外形的重要组成部分，铝合金型材因其良好的机械加工性能被广泛应用。一些外形复杂、相对弯曲半径大的变曲率的长桁零件直接影响到飞机的气动外形[1]，研究该类零件的最佳成形工艺方法，掌握其成形关键和克服成形过程中的各种不利因素，对长桁零件精准成形及提高飞机装配精度具有非常重要的意义。

2零件概述

2.1零件分析：

某型机机头结构中有一项“T”字形复杂曲率变角度长桁零件，零件毛料尺寸为L=3800mm，零件材料为7050-O-XC212-26，最终人工时效至T62状态。该零件结构表面存在变曲率型面，相对弯曲半径大，零件弦高约164mm,且沿长度方向角度呈现出不规律变化的特性。零件外形如下图所示：

2.2零件成形难点分析

进一步分析零件外形，可以测得该零件沿长度方向截面角度不断变化。零件为复杂变曲率零件，截面角度在87°到96°范围内不规则变化，为实现零件与其相连外蒙皮的精确配合，对零件曲面的轮廓度要求很高，对现有制造技术提出了更高的要求。

通过对零件外形分析，可以总结此零件如下成形难点：

（1）该零件属于空间弯曲类型材，弯曲成形时往往伴随有型材的翘曲、扭转和剖面的畸变，大大增加了弯曲成形的困难。零件需要先进行水平面拉弯成形，后依据检验模手工成形垂直面弯曲。由于毛料尺寸长，需要精确成形水平面弧度后再成形纵向弯曲才能保证零件弧度正确。

（2）零件沿长度方向截面角度变化范围87°到96°，零件角度变化达9°，需要进行开斜角加工和闭斜角加工，零件角度变化大，无法采用通用校角模成形角度，且角度之间过渡必须保证流线，手工成形角度过程中底面厚度变化处易产生鼓包、褶皱，底面整体平滑性差。

（3）挤压型材加工角度，角度变化无法达到材料根部，零件开、闭斜角加工后，型材根部保持原状，从而形成法消除的凸起，增加零件角度成形难度。

（4）零件有曲度、角度成形，成形修正量大，固溶处理后需要保证在新淬火状态下的1.5H内完成零件所有成形和校形工作，但过多的敲修容易造成加工硬化，导致零件的塑性和韧性下降，增加零件开裂的风险，对工人的钣金水平是极大的考验。

3 零件成形工艺确定

通过对上述成形工艺的分析，结合零件的实际结构特点，总结出以下零件成形工艺：

3.1零件成形工艺方法选择

3.1.1 零件曲度成形工艺

型材零件常用的弯曲成形工艺有拉弯成形[2]、滚弯成形、压弯成形、手工成形等。

手工成形适用于很难用机械化完全满足外形要求，形状不规则、带曲度等外形复杂的型材零件。

拉弯成形在弯曲的同时加以切向拉力，将毛料截面内的应力分布都变为拉应力，以减少回弹，提高成形准确度，具有有利于防止皱折的产生、提高零件的抗拉刚性，回弹小、成形质量高，生产率高等优点[3]。

本零件为相对弯曲半径较大的变曲率空间弯曲挤压型材零件，结合成形方法的特点和适用范围，故选择拉弯成形先进行水平面成形，后依据检验模手工成形垂直面弯曲来进行外形加工。

3.1.2 零件角度成形

挤压型材角度成形有手工制斜角和冲压制斜角两种方式，冲压制斜角需要用专用或通用的角度压模，在液压机上压制。零件沿长度方向截面变角度，角度变化复杂且必须保证流线度和装配面的平面度，故采用加工过程和力度控制灵活的手工制斜角方式成形零件角度。

3.2  零件成形工装选择

零件为双曲度零件，故其制造检验共用工装可采用外形样板或检验模。然而此零件具有变角度、变曲率的结构特点，若采用外形样板，外形样板的工作面即为零件缘条面为平面的一面，无法保证零件的角度均匀过渡，也无法保证零件的平面度要求，故确定零件的制造检验工装为检验模。

为保证成形精度，申请一项专用拉弯模，成形过程为先拉弯后手工成形垂直方向弧度，为大大减少操作者手工敲修量，故工装设计时需依据零件外形将零件的弧度和角度制出。

3.3 零件加工工艺流程

因零件成形弧度变形大，且伴随有较大的角度变化，故需要预拉弯、固溶处理后再进行二次拉弯，如此可保证零件具有高的成形精度、少的手工修整量和较低的残余应力。同时，为保证零件的拉弯质量，减少角度手工修正量，在拉弯前应按零件不同的角度变化预制斜角。考虑到弯曲过程中角度会在一定范围内发生变化，为使零件角度与拉弯模相吻，在拉弯过程中，保持拉力不变条件下，按拉弯模弯曲之后，应用木槌敲修零件，手工修正的过程应对曲率及角度交替修形。同时为了必须保证曲面的轮廓度，将型材平面缘条作为角度加工面，从而可确保闭斜角加工中产生的如图4所示的凸起不影响装配要求。

4  零件成形过程控制

4.1 拉弯成形控制

一次拉弯采用先预拉，后弯曲，最后补拉的方式，二次拉弯采用边拉伸边弯曲的方式，预拉的零件延伸量控制在1%以内，补拉的零件延伸量控制住3%以内。

4.2 其他生产过程控制

零件在固溶处理后应在1.5H内完成所有成形工作，包括二次拉弯、手工修正，加工流程多、成形工作量大，合理安排生产过程对零件的质量控制十分重要。

5  总结

（1）通过对零件外形的合理分析，总结出此类零件具有拉弯难度大、加工过程中变形量大、修正校形量大等加工难点；

（2）从零件成形工艺选择、成形工装确定、工艺流程规划三方面开展研究，确定此类零件应以检验模为制造检验依据，同时借助拉弯模以及手工修正完成零件制造；

（3）针对零件的加工难点，从拉弯和生产过程等方面进行过程控制分析，规避此类零件加工过程中的潜在风险，为后续类似零件的制造提供经验。

参考文献

[1] 陈毓勋.板材与型材弯曲回弹控制原理与方法[M].北京:国防工业出版社, 1990.

[2] 航空制造工程手册总编委会.航空制造工程手册,飞机饭金工艺分册[M].北京:航空工业出版社, 1992.

[3] 钱志平.型材拉弯的智能化控制工艺理论研究[D].燕山大学,2009.