支板零件加工方案淺析

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摘要：支板類鈑金件是飛機(jī)上主要構(gòu)件之一，外形與角盒零件類似，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但加工困難，成形精度差，報(bào)廢率高，通常采用拉深成形[1]。在拉深成型過程中，易發(fā)生起皺、拉裂等問題[2]。為改善該類零件的成形精度，并提高表面質(zhì)量，進(jìn)行支板類零件加工方法研究及應(yīng)用。以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)選取的一件支板類產(chǎn)品為例，探討零件技術(shù)要求、研制技術(shù)方案并總結(jié)創(chuàng)新點(diǎn)，研究提高支板類零件加工合格率的方法，制作一套彎形工裝，最終固化推廣整個(gè)過程的加工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：支板類；鈑金；彎形工裝；固化推廣

一、項(xiàng)目來源

產(chǎn)品支板為某型飛機(jī)線纜整治過程中的改裝項(xiàng)目，屬于車間研制項(xiàng)目。目前，板材成型技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，大量新工藝板材得到廣泛應(yīng)用，改進(jìn)現(xiàn)有成型工藝來推動(dòng)板材成型制造技術(shù)的進(jìn)步具有重要意義。支板（見圖1）屬于形狀復(fù)雜且尺寸較大的鈑金類零件，最大拉伸深度42mm，長(zhǎng)度接近600mm，該零件在90°彎曲邊緣伴隨著板料翻邊成型，并且該零件存在斜度壓筋成型，加工難度極大。車間首次加工此類鈑金零件，無此類零件模具設(shè)計(jì)及加工方面的經(jīng)驗(yàn)，接到生產(chǎn)任務(wù)后，車間立即組織高技術(shù)與高技能人員成立項(xiàng)目攻關(guān)小組，開展該產(chǎn)品的研制工作。

二、研制技術(shù)方案

（一）研制思路

首先項(xiàng)目組分析了產(chǎn)品圖樣并繪制三維數(shù)模（見圖2），方便組員對(duì)產(chǎn)品形狀有更直觀的概念和理解，然后依據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，初步討論確定產(chǎn)品的加工工序：第一，完成整體外廓形狀拉伸；第二，完成斜面及R3位置壓筋加工；第三，完成“鵝蛋”形凸面拉伸；第四，進(jìn)行90°彎形加工。由于該零件存在拉伸深度深達(dá)42mm的深拉延成型特征，在零件出現(xiàn)高度差的部位極易產(chǎn)生開裂，所以項(xiàng)目組把整體外廓形狀的拉伸放在首位攻克，外廓形狀成型后，后續(xù)彎型加工才會(huì)順利進(jìn)行。

（二）研制流程

項(xiàng)目組按照確定的加工思路進(jìn)行生產(chǎn)研制。1.整體外廓形狀的拉伸。根據(jù)初步整體外廓形狀拉伸的三維數(shù)模，來計(jì)算毛坯料的尺寸及形狀。根據(jù)該零件存在斜度壓筋成型并且最終成型形狀與水平面呈直角，分析得出毛坯料右半部分與豎直方向呈一定角度。采用對(duì)毛坯留量的方式對(duì)翻邊成型及拉伸成型原始毛坯尺寸進(jìn)行計(jì)算，最終確定該零件毛坯形狀。根據(jù)初步整體外廓形狀拉伸的三維數(shù)模利用三維軟件按零件三維數(shù)模快速設(shè)計(jì)出凹凸模具，然后根據(jù)該展開料外形尺寸確定模具的定位、間隙以及陰陽模的深度尺寸[3]，最后確定合理的導(dǎo)柱位置。模具，見圖3。拉伸后出現(xiàn)撕裂、褶皺和堆料、拉扯現(xiàn)象（造成拉伸后該部位缺料）。經(jīng)多次試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，裂紋大體位置固定，但撕裂方向多有不同，褶皺和堆料、拉扯部位基本固定。針對(duì)上述問題，項(xiàng)目組提出了一系列的修改方案，總結(jié)如下：一是拉扯部位增大展開料尺寸，同時(shí)加裝展開料固定銷；二是對(duì)于褶皺部位，提高油壓機(jī)壓力，增大壓合力[4]，使板料平整；三是對(duì)于裂紋部分，采用多次拉伸方法，同時(shí)針對(duì)每次拉伸后會(huì)由于金屬內(nèi)部晶粒間位錯(cuò)塞積而產(chǎn)生硬化的現(xiàn)象增加熱處理去應(yīng)力工序[5]使金屬內(nèi)部晶粒進(jìn)行再結(jié)晶，消除晶粒間位錯(cuò)的塞積，消除加工硬化；四是成型前在凸凹模間涂抹機(jī)油起到潤(rùn)滑作用，以便于板料在模具間流動(dòng)，改善板料的流動(dòng)性。更改后繼續(xù)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)加工，褶皺部位和拉扯部位有明顯改善，可以滿足產(chǎn)品技術(shù)要求，但斷裂部位幾乎沒有改善，經(jīng)仔細(xì)觀察，斷裂部位材料因拉伸變薄，拉伸深度過深，材料補(bǔ)充不足，從而導(dǎo)致出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。對(duì)于這種情況，項(xiàng)目組對(duì)產(chǎn)品的材料進(jìn)行了性能分析。該產(chǎn)品設(shè)計(jì)材料為L(zhǎng)Y12-M，厚度1.2mm，拉伸深度超過材料本身拉伸極限，如采用彎形填充方案，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重堆疊現(xiàn)象，拉伸或彎曲方法均無法完成產(chǎn)品成型。其他加工方式能否完成加工？該產(chǎn)品技術(shù)要求中允許焊接成型，能否通過將裂紋部分剪裁掉，并通過焊接方式完成產(chǎn)品的成型加工？通過問詢和資料查找，LY12-M材料為鋁—銅—鎂系中的典型硬鋁合金，其成分比較合理，綜合性能較好。很多國(guó)家都生產(chǎn)這個(gè)合金，是硬鋁中用量最大的。該合金的特點(diǎn)是強(qiáng)度高、有一定的耐熱性，可用作150℃以下的工作零件。溫度高于125℃，2024合金的強(qiáng)度比7075鋁合金的還高。熱狀態(tài)、退火和新淬火狀態(tài)下成形性能都比較好，熱處理強(qiáng)化效果顯著，但熱處理工藝要求嚴(yán)格；抗蝕性較差，但用純鋁包覆可以得到有效保護(hù)；焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過充分論證，最終決定采用LY16-M材料，該材料是一種耐熱硬鋁，其特點(diǎn)是：在常溫下強(qiáng)度并不太高，而在高溫下卻有較高的蠕變強(qiáng)度，無擠壓效應(yīng)，可熱處理強(qiáng)化，焊接性能良好，形成裂紋的傾向不太顯著，焊縫氣密性較好，但焊縫腐蝕穩(wěn)定性較低。為防止腐蝕，應(yīng)采用陽極氧化處理或涂漆保護(hù)。主要用于在250℃—350℃下工作的零件，常溫和高溫下工作的焊接件，如容器、氣密倉(cāng)等。通過毛坯料預(yù)先銑制開口后經(jīng)焊接方式進(jìn)行最終成型加工，并且該種材料符合零件技術(shù)要求，可以應(yīng)用于生產(chǎn)制造。明確焊接補(bǔ)充加工方案并更換材料后，需要經(jīng)過多次試驗(yàn)拉伸加工來確定最合理的展開料形狀尺寸，并通過增加止裂孔、裂紋隨形開槽等方式，確定最終展開料，此時(shí)成型的產(chǎn)品無多余撕裂現(xiàn)象且焊接補(bǔ)加工部位最小、最優(yōu)。2.斜面及R3位置壓筋加工。根據(jù)第一步彎形后的形狀尺寸來確定第二部壓筋模具的定位和間隙尺寸，然后確定合理的導(dǎo)柱的位置。3.完成“鵝蛋”形凸面拉伸。針對(duì)該凸面位置的壓型：根據(jù)前兩步彎形后的形狀尺寸來確定最后一步壓型模具的定位尺寸及導(dǎo)柱位置。最后設(shè)計(jì)導(dǎo)柱時(shí)，要特別注意導(dǎo)柱的位置不能與壓型后的工零件產(chǎn)生干涉，避免導(dǎo)柱位置不合理對(duì)模具使用效果產(chǎn)生影響。4.進(jìn)行90°彎形加工。拉伸部位全部完成后，進(jìn)行90°彎形加工，該加工過程無難點(diǎn)。5.下焊接補(bǔ)片進(jìn)行焊接加工依據(jù)。拉伸后形狀裁制焊接補(bǔ)片，通過前期多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)展開料尺寸與定位方式的改變可有效控制拉伸后的缺口形狀，在該形狀確定后補(bǔ)片可進(jìn)行批量加工。然后進(jìn)行焊接加工，焊接加工后鉗工進(jìn)行打磨，使焊疤平滑光順，同時(shí)裁剪多余坯料使零件尺寸符合要求。最終成型結(jié)果，見圖5。研制完成后，將最終的壓型模具和展開料尺寸進(jìn)行定型，并落實(shí)到加工工藝和模具設(shè)計(jì)圖紙中。

三、難點(diǎn)與創(chuàng)新

（一）模具設(shè)計(jì)思路上的創(chuàng)新

根據(jù)以往對(duì)此類拉伸模具設(shè)計(jì)上的經(jīng)驗(yàn)，小組成員首先采用的思路為先對(duì)42mm深度進(jìn)行拉伸，然后再對(duì)其進(jìn)行其余部分的彎形加工。根據(jù)上述思路我們對(duì)模具進(jìn)行了設(shè)計(jì)和制造，但在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)這種模具在進(jìn)行拉伸的過程中由于材料拉伸率不足的原因非常容易產(chǎn)生裂紋和堆積，雖然裂紋的位置比較集中，但是裂紋形狀不是固定的，也沒有什么規(guī)律可言，這樣就會(huì)對(duì)后面的焊接造成很大的困難，很難進(jìn)行后續(xù)批量生產(chǎn)。小組成員在總結(jié)上述模具失敗原因后大膽創(chuàng)新，將先拉伸后彎形的傳統(tǒng)加工思路轉(zhuǎn)變?yōu)槔旌蛷澬瓮瑫r(shí)進(jìn)行，并對(duì)模具和毛料尺寸進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，通過試驗(yàn)尋找裂紋狀態(tài)和位置規(guī)律，運(yùn)用增加止裂孔的方式固定裂紋狀態(tài)，不僅保證焊接工序順利完成，也使補(bǔ)焊片尺寸定型，可以滿足后期批量生產(chǎn)要求。

（二）零件的研制及生產(chǎn)方面的難點(diǎn)與創(chuàng)新

1.在模具使用方面的難點(diǎn)。該產(chǎn)品首步拉伸加工使用的模具尺寸較大，上下模板尺寸均為80mm×600mm×400mm，即使采用了密度較小的鋁合金進(jìn)行加工，但兩塊模板相加重量可達(dá)108kg，單名操作者無法單獨(dú)完成加工，零件壓型過程中至少需要由兩名操作者配合完成，這給操作增加了很大麻煩和危險(xiǎn)性。針對(duì)以上問題，后續(xù)可增加托架或與壓力機(jī)上下模板固定或在凸凹模非工作部分銑出缺口已減輕重量的方式進(jìn)行改造，同時(shí)為了便于開啟模具，也可在凸凹模四角處銑出撬模角，更方便和安全地進(jìn)行加工操作。2.試驗(yàn)和確定展開料尺寸的周期較長(zhǎng)。從接到任務(wù)到第一件產(chǎn)品交付進(jìn)行裝機(jī)試用共經(jīng)歷了兩個(gè)多月的時(shí)間，其間進(jìn)行了百余次的試驗(yàn)，每次試驗(yàn)都針對(duì)結(jié)果對(duì)模具和展開料尺寸做出相應(yīng)調(diào)整，最終經(jīng)過車間各級(jí)人員的通力配合成功制造出了滿足各項(xiàng)使用要求的產(chǎn)品，形成了該產(chǎn)品的批量生產(chǎn)能力。

四、項(xiàng)目應(yīng)用及推廣前景

目前該產(chǎn)品已完工入庫，加工過程中所使用的模具效果良好，可以滿足產(chǎn)品圖紙和技術(shù)要求中的各項(xiàng)指標(biāo)。產(chǎn)品滿足了某型飛機(jī)支板的急需，使修理進(jìn)程順利進(jìn)行。此項(xiàng)目負(fù)責(zé)人通過文獻(xiàn)查閱、實(shí)踐研究，自主解決了高難度復(fù)雜鈑金零件的創(chuàng)新嘗試[6]。項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)推廣后，將在以后的類似零件加工問題中起到很大的指導(dǎo)作用，有效提高問題的解決效率。同時(shí)，通過項(xiàng)目也鍛煉提升了車間人員解決疑難問題的能力、帶動(dòng)了技術(shù)人員對(duì)拉伸模具設(shè)計(jì)、金屬材料特性分析、焊接技術(shù)、三維建模技術(shù)等方面知識(shí)的學(xué)習(xí)熱情。此外，項(xiàng)目進(jìn)行過程中也發(fā)現(xiàn)一些有待繼續(xù)改進(jìn)的問題，比如，可通過拉伸模具設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)完善性縮短制造周期，提前做好金屬特性分析工作，從而明確設(shè)計(jì)思路方向，多增加些理論研究和模擬計(jì)算加工，以減少材料的浪費(fèi)，減少研制成本等。

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作者:王治安 郜達(dá)理 王洋 單位:大連長(zhǎng)豐實(shí)業(yè)總公司