航空异形冲压件工艺方法
安智超
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安智超,. 航空异形冲压件工艺方法[J]. 中国航空航天科学,202111. DOI:10.12721/ccn.2021.157095.
摘要: 钣金冲压技术是航空产品使用加工方式中的一种常见形式,在冲压过程中模具的设计和制造非常重要。产品的质量、生产成本和产品加工周期直接由板料成型加工技术的高低水平决定,不仅关系到航空产品的交付进度,也关系到我国国防工艺的发展水平。本文以典型零件为研究对象,提出了可行的工艺路线。
关键词: 航空异形冲压件;工艺方法
DOI:10.12721/ccn.2021.157095
基金资助:

前言:对于飞机零件而言,数量最多的就是钣金零件,这类零件的制造普遍采用冲压加工方法,因此冲压加工就成为了飞机钣金零件的主要加工方法。对飞机钣金零件的加工要求是尺寸精度适中,但表面质量好。冲压加工能达到的精度等级在IT9 级到IT6 级之间,能够满足飞机钣金零件的尺寸精度要求。冲压加工所用模具凸凹模的工作部分表面质量很高,可以保证制件的表面质量。

一、航空异形冲压件工艺方法

1.其厚度为2mm,所用材料为08钢,生产批量为大批量,要求零件表面不能有划痕、孔不能严重变形。零件图是制定零件冲压工艺的重要依据,在制定工艺前要对零件图进行详细分析,该分析主要从技术和经济两个方面判断零件的工艺性。经济分析指的是分析冲压零件的生产批量和冲压加工经济性之间的关系。技术分析指的是分析冲压零件加工的难易程度。通过对托架零件图进行分析可知,该零件生产批量足够,所需材料的种类、厚度、尺寸及表面质量要求皆适合冲压加工。在对零件图进行详细分析的基础上,选择相应的冲压工序。可选冲压工序有很多,但其中最基本的冲压工序包括冲裁、弯曲、拉深,之所以称它们为最基本的冲压工序,是因为每个冲压零件在加工过程中,至少会用到其中一种。根据托架结构可知,托架的加工需要用到的冲压工序主要有剪切、冲孔、落料和弯曲。

2.模具。1)模具的结构设计及装配图。依据零件的设计尺寸和材料特性,并通过设计计算。初步设计该零件的冲压模具,本模具主要包括上模板、凸模、凹模、模框(由于冲压力较大用于固定凹模)、下模板、顶件器及其附阵等部分组成,另外附件主要包括:销钉、螺钉、当料销、器重螺栓和阶形螺钉。2)影响冲压件回弹的因素分析。a材料硬化指数和拉深深度对回弹量大;b较大的压边力能很好地减小回弹;c由几伺参数如:凸、凹模间隙也是影响回弹量的—个敏感参数。3)冲压件回弹的优化修正研究思路溺十工作流程如下:消化零件一绘制零件实体一有CAD回执模具一模具制造一冲压、试模一对冲压零件进行测量一对零件回弹进行评价一最终模具制造。4)解决冲压件回弹问题小结。用新制造的模具再次冲压零件,然后对对冲压零件进行测量。同时将两次制造的模具进行比铰,把前后两次的冲压零件也进行测量比较。

3.在确定零件的冲压工序后,需要确定冲压工序顺序。托架的冲压工序顺序是先下料、再冲孔和落料、后弯曲和校正、再次冲孔。由于大部分冲压零件通常需要多道工序加工才能完成,因此在确定工艺方案时需考虑工序组合问题。在综合考虑零件结构形状、模具性价比的基础上,确定托架的工序组合程度如下:下料采用单工序模完成、冲两个φ5 孔和获得托架外形尺寸应采用冲孔落料复合模完成、弯曲和校正采用单工序模完成、两个φ7 孔采用单工序模完成。在确定主要工序之后,需确定托架冲压辅助工序。托架需要的辅助工序包括去毛刺、热处理和表面处理。

4.托架冲压加工工艺计算。托架冲压加工工艺计算主要包括坯料尺寸计算、排样和冲压力计算。坯料尺寸计算具体过程如下:坯料尺寸L=2×26+2×6+19+4×π/2×4=108.12mm。根据零件的外形,确定托架的排样为单排。取长度方向搭边值为2.8mm,宽度方向搭边值为2.4mm,则侧条料宽度和步距的具体计算过程如下:侧条料宽度B=108.12+2×2.8=113.72mm;步距s=35+2.4=37.4mm。根据上述计算结果,确定板料尺寸为2mm×950mm×2000mm。纵排时材料利用率相对较高,但横排时板料的弯曲性能更好,由于托架材料为08 钢,可塑性强,因此为进一步降低成本,选择纵排。经过对该成形零件及其图纸尺寸和形状的分析,进行零件的冲压弯曲模具图的设计。冲压回弹的表示方法,所有钣金冲压零件在发生塑性变形时总是伴随着弹性变形,当工件经冲压后就会产生回弹,回弹量的多少直接影响零件的质量。为了减少回弹多工件精度的影响,应当确定回弹值。通过制定托架的冲压工艺方案,可知飞机钣金零件冲压加工工艺的流程包括分析零件图、确定冲压工序的种类和顺序、模具类型的选择及最终工艺方案的确定。这是飞机钣金零件冲压加工工艺制定的基本方法。在实际应用中,上述方法应根据工作需要灵活运用,使飞机钣金零件满足加工要求。

二、冲压制件质量问题的解决办法

1 板料清洗检查。冲压生产前必须对原材料进行清洗检查,以使其满足冲压生产需要。使用板料清洗装置时,还需注意辊子间隙和清洗油的质量。具体做法是在一块钢板上涂上红色漆后使其经过清洗装置,之后检查红漆被除去的结果状态,如果去除率不达标,则必须检查和修整清洗装置。清洗油缺少时必须及时添加。

2拉延模的检查和修正。拉延模需要做定期的检查和维护,以减少凸凹的产生并维持稳定状态。通常的做法是用样品检查压边圈的粘合划伤和加工面(凹模圆角、凸模圆角)的情况。

3. 剪切模的检查和修正。在突然停止或者加速时发生;卷料破损或者边缘起皱:开卷线的导向辊或者模具上的导向辊间隙小时发生的起皱现象,由于卷料送入不平衡引起;定期检查剪切模具的刃口状态及间隙值,防止产生0.2MM 以上毛刺。

4 合理设计使用模具,减少制件凸凹点。模具造成的制件常见问题有:①起皱:由于拉伸变形量过大、拉伸速度过快、压边力调整不合适等原因引起边缘或圆角部位皱纹;②破裂:制件成形时,凸凹模圆角过小,间隙不均、压边力过大等原因都会造成制件破裂;③粘合、刮痕:由于材料与凸模或凹模摩擦而在制件或者模具表面出现的不良;④垫废料:由于生产过程未及时清理肥料,导致将冲孔废料带到模具区工作区所致;⑤尺寸偏差:由于模具定位装置故障或者凸凹模磨损造成;⑥毛刺:主要发生于剪切模和落料模,凸凹模刃口之间的间隙选取不合理或者刃口磨钝都有可能造成毛刺过大、光亮度窄等问题。模具在设计时,确定好落料孔的大小,提高冲针与落料孔的精度,并将落料孔由直孔改为喇叭孔(上小下大),这样可以预防废料卡在落料孔内,导致后续废料无法落下,而残留在模腔内引起凹凸点。在冲压加油过程中,要严格控制油量的大小(可以根据送料速度判断),这样可以避免因加油过多使废料粘贴在模腔或冲针上而残留在模腔内,形成凹凸点。模具间隙设计要合理,如果过大容易产生废料,在冲压过程中容易形成凹凸点。

5 规范工位器具存放量、必要时设计专业器具装载冲压制件。

6 对模具部件如冲针,滑块,镶件进行定期消除磁性,这样可以减少因磁性使废料吸附模具部件,残留在模腔内引进的凹凸点。

结束语:组成飞机的零件中,数量最多的零件就是钣金零件,此类零件普遍采用冲压加工方法,因此冲压加工就成为飞机钣金零件的主要加工方法。本文以某型飞机托架为例,对它的工艺性进行综合分析,确定其适合冲压加工,并确定该零件冲压加工所需工序的种类和顺序、模具类型、坯料尺寸、排样方式,为实现该零件的冲压加工提供理论基础;与此同时,也对同类产品的冲压加工有借鉴价值。

参考文献:

[1] 崔令江. 复杂形状冲压件的变形分析[J].CMET. 锻压装备与制造技术.2020 年01 期.

[2]  高春武. 冲裁加工中冲压件的缺陷分析及消除方法[J]. 轻工机械.2019 年02 期.