开角度型材弯曲下陷整体成形研究

【摘  要】下陷成形是一种适用于飞机长桁零件制造的成形工艺，广泛用于飞机长桁零件制造过程，承担大量的长桁零件的生产制造。下陷的成形质量直接影响成形零件的品质，并影响后续装配的难度与效率。本文就开角度弯曲带下陷类型材零件，使用Abaqus软件对其成形过程进行模拟仿真，对仿真结果进行分析，并以此为依据对其成形所用弯曲下陷模的工装结构进行优化改进，提高零件成形质量。

【关键词】型材  下陷成形  开角度  弯曲  工装结构

1 引言

在飞机的制造过程中，下陷零件的使用非常广泛。所谓下陷是指当2个零件互相搭接时，为了保证零件间互相贴合，满足装配要求，需要在其中一个零件上使用下陷模压制出下陷。下陷可分为一般下陷、斜下陷、阶梯下陷、桥式下陷、曲面下陷和双面下陷等，如图1所示。对于开角度、曲面下陷类的零件，为降低成形后型材下陷区因弹性变形产生的回弹量，提高零件成形精度，一般采取先成形角度后压制下陷的方式，将零件外形的成形分为2个主要步骤。

2 下陷成形分析

2.1 下陷成形基本过程

挤压型材下陷制取是由一套凸凹模施加一定成形力挤压成形的过程，过程如图 2（a）所示。型材在成形力和模具的反作用力下，端头开始沿下陷结束端开始弯曲变形的状态；图 2（b）为端头弯曲到一定程度后与下模接触，在成形力和模具的反作用力作用下，端头部分和下陷区域开始沿两个不同的方向弯曲成形；图2（c）为型材完全成形到位的状态。

2.2 零件结构特点

选取典型挤压型材零件对其成形工艺流程及成形过程进行分析，所选零件为L型角材，型材规格XC111-27，零件特征为开角度，角度约为110°，并且零件弯曲弧度较大，如图3所示。

2.3 成形工艺流程

所选典型零件材料为LY12铝型材，材料状态为CZ，故零件成形过程中需要先做退火处理，使用角度模成形角度后在再做淬火处理，后使用弯曲下陷模一次成形零件曲度及下陷，具体工艺流程如图4所示。

2.4 成形过程受力分析

典型零件所用原始型材规格XC111-27，其型材截面宽度H=B=25mm，厚度δ=2.0mm。在零件压制下陷时，液压机对弯曲下陷模上模施加压力，压力通过接触传递至零件表面，产生形变。零件在变形过程中，因两端缺少约束，零件在水平方向无法固定，且弯曲下陷模下模表面为曲面，型材受压力后会与下陷模在水平方向上产生相对位移，与下陷模表面摩擦，导致零件表面划伤，不但影响零件的表面质量，且会影响零件成形精度。

3 成形缺陷分析

针对零件成形缺陷，结合零件本身结构特点与实际生产条件，从人、机、料、法、环、测等方面入手，对现有生产设备、人员分布站位、生产工装等因素进行全面分析，聚焦零件生产过程管控薄弱环节和要素，具体原因分析见图7。

后通过鱼刺图对影响零件成形质量的原因进行分析，确定影响零件成形的主要原因是弯曲下陷模结构存在设计缺陷，弯曲下陷模不能有效对零件进行固定，导致零件成形后表面存在划伤痕迹，且零件成形精度较低。

4 工装结构优化

4.1 结构优化

零件弯曲下陷模改进前的结构如图5所示，弯曲下陷模下模左右两侧为钢制挡块，限制了零件左右方向位移，但是在模具前后方向并无任何挡块等结构以限制零件在前后方向的位移。零件在成形完角度后，将毛料放在角度弯曲下陷模上，利用液压机进行弧度下陷整体成形。由于零件开角度较大，在最初成形状态时，零件毛料为平面，模具下模为拱曲面，两者为弧面接触，导致零件毛料位置难以固定，在液压机施加压力后，零件毛料容易前后窜动，导致下陷区域位置偏差，零件弧度成形精度差，且零件表面会有划伤的痕迹，表面质量差，如图6所示。另外，液压机吨位较大，成形时力的作用使零件毛料易脱离模具，具有一定安全隐患。

为解决此问题，优化弯曲下陷模结构，在弯曲下陷模前、后两侧增加挡块，在压制下陷过程中，为零件提供有效固定，避免零件在成形过程中窜动，减少零件表面与模具表面的摩擦，从而保证零件的表面质量与成形精度。

4.2 效果验证

优化工装结构后进行效果验证，通过在角度弯曲下陷模两端巧妙设计T形挡块，解决了成形过程中上模与零件窜动问题，使液压机在加载压力的瞬间，零件与模具的相对位置固定不变。相比于改进前下陷位置偏移、下陷附近区域夹伤等质量缺陷，改进后零件下陷区域能够精准成形，零件整体成形弧度流畅，表面光滑流线，下陷附近区域及根部没有出现夹伤缺陷，零件一次成形质量得到较大提升，如图7所示。

此次改进避免了因零件成形质量造成的返修、报废损失。同时，改进后工装结构消除了零件窜动、飞出模具伤人的安全隐患。

5 结论

（1）通过在角度弯曲下陷模两端巧妙设计T形挡块，使液压机在加载压力的瞬间，零件与模具的相对位置固定不变，解决了零件成形过程中上模与零件窜动问题。

（2）使用改进后的工装成形零件，提高了零件成型质量，相比于改进前下陷位置偏移、下陷附近区域夹伤等质量缺陷，改进后零件下陷区域能够精准成形，零件整体成形弧度流畅，表面光滑流线，下陷附近区域及根部没有出现夹伤缺陷。

（3）改进后工装结构消除了零件窜动、飞出模具伤人的安全隐患，提高了生产过程中的安全性。

参考文献

[1] 谭学明，李善良，吴建军，等.型材下陷回弹补偿算法[J].航空制造技术，2014（1/2）：107-114.

[2] 王洪臣.型材零件冲制下陷存在的问题及解决方法[J].航空制造技术，1979（2）：16-19.

[3] 杨华宝.飞机原理与构造[M].西安：西北工业大学出版社，2011.