航空钣金薄壁结构件液压成型工艺研究
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作者:黑东盛 赵伟强
摘 要：航空钣金件因其质轻、低成本等特点广泛应用于航空制造领域，其成型工艺主要包括橡皮囊成形、液压胀形、冲压成形等，钣金成形工艺一直是航空制造领域研究的热点。根据零件结构特征选择不同的钣金成形工艺。该文以液压成型的标准原理和技术特点为基础，根据复杂薄壁件结构特征，对复杂薄壁航空钣金件成形过程进行分析，得出可能出现褶皱及问题的地方，提供分析方法供读者借鉴。
关键词：薄壁结构件 液压 航空钣金
中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（a）-0066-02
传统的航空板材制造过程多以人工操作为主，其施工周期慢，制作精度低，质量参差不齐。伴随着自动化技术的快速发展，航空制造开始实现技术工艺的提升，利用液压成型施工工艺，调整整体模具的加工方法，控制精度、厚度，降低模具的加工成本，缩短生产周期，达到精益钣金成形要求。
1 液压工艺施工特点和原理
液压成型工艺在钣金成型设计过程中，按照液体方式替换成型，通过液压拉伸，在凹模中进行液体冲加处理，控制液压室内的作用，分析毛坯与凸模的结合，保证成型的精确性。液体需要一定的润滑处理作用和效果，逐步减少成型中产生的摩擦阻碍问题，逐步提升成型的极限效果，减少拉伸作用，调整局部缺陷问题。根据板件的质量水平，调整液体的使用成型过程，分析其中的摩擦阻力大小，控制液压润滑的作用，逐步减少钣金的成型和次数，改善成形效果，减少报废件，从而降低成本，加深钣金成形的精确度和有效性，符合柔性加工的整体需求。模具在加工过程中需要进行焊接处理，根据凹模型的内液压情况，调整凸模的阻抗力大小，对设备的吨位进行高标准要求，控制液壓的使用和密封技术水平，分析对板件成型的重要作用，调整板件的补充液体比例关系，以提高生产效率低。
2 钣金液压拉伸的过程控制
2.1 板材液压情况分析
液压成型中，按照液室内压力、液体的流动性水平等设备参数来判断板材成型的应力标准。按照国内外液压的成型技术特点，通过不同材料性能对成型可靠性进行分析。通过建立毛胚材料变形方程方法的实施以及有效的统一参数设置，对液压成型进行技术完善。对于复杂的航空板件成型过程，需要确定增压处理效果和问题。
2.2 起皱原因分析
钣金件起皱主要受压力过低、压力扁压影响，缝隙过大，出现凹模问题。根据这一类的缺陷，需要调整增压比例关系，逐步减少压边缝隙的处理方法。按照悬空区域的起皱现象，调整液压压力过小可能引发的切向作用，逐步增大液压压力和压边作用问题。
2.3 破裂的整体控制标准
凸模的圆角出现破裂，需要根据成型过程进行缺陷分析，调整起初的增加液压的压力标准，判断溢出可能造成的局部破裂问题
3 钣金液压成型的工艺研究
根据材料的性能水平，依照其轻量化标准，在复杂曲面的薄壁作用下，调整钣金的加工工艺范围。分析常温下的受限比例关系，确定拉伸钣金件的制造标准。对于复杂薄壁整体钣金的成型工艺缺陷，需要以合理的液体成型工艺控制流为标准，对钣金件进行使用分析，调节检测冲压的板料标准，对不同的区域进行变形情况分配，确定分析设计复杂程度符合模具的操作要求。
3.1 钣金加工成型施工工艺分析
该钣金件为曲面罩型复杂件，其材料为铝镁合金。厚度一般控制在1mm范围内。保护罩设计长度为120mm。根据保护罩端面进行混合曲面处理。通过零件的拉伸，调整成型中的参数。板料较薄需要进行延展，分析转角成型的困难情况，依照起皱、破裂问题，确定曲面模具设计标准。实施三维曲面设计，提升试验拓展水平，确保成本控制、周期符合施工加工的标准要求。
3.2 有限元模型的分析与建立
按照薄壁钣金的加工冲液压要求，调整建立数据模式。冲压数据模式中，需要确定有限元的方法。根据DYNAFROM软件进行数据仿真，判断其实际材料模型，确定BT板料单元。根据设定的方案，分析凹模、凸模、立板料等不同的模类型标准。通过数据化命令，建立三维模型坐标，确保平面零件下的最底面1mm，合成限定的位置设定形式。采用自动化模拟设置操作，调整压力规定的间隙过程。
板料冲击液压过程中，需要根据压力大小的变化进行分析，调整压力间隙，确定保护罩的设计压力的标准要求。通过零件的间隙大圆角区域，判断压力间隙的标准，经过多次有限元分析优化，得出理论模拟调试最终确定的参数。按照工艺参数、压力间隙，分析板材料的厚度比例关系。按照液压的加载路径，分析使用软件后实现的数字模拟过程，确定模拟压力范围，调整模拟结果下压力的路径关系。液压室内需要调控标准现象，保持成型过程，调整钣金件的成型区域和标准。按照圆角边缘区域进行起皱现象的记录分析，尽可能不影响最终的成型。确保成型的安全、无破裂。零件最薄区域位于混合曲面处，需要调整主型面的厚度，控制复杂板材的流动性和偏差性，减少体积不均匀的问题，调节板料的厚度。按照设计成型的允许范围，确定拌料的最大延展性，时期符合铝镁材料的最大范围。
4 模具机组结构的设计分析
仿真模具结构设计中，需要根据压力固定比例进行分析，确定凸模、凹模的不同压力方向。根据双动力压力机的模块标准，确定成型标准阶段。根据液体凹模压力进行调节，明确毛坯入凹模的情况，滑动压力模块，使其板料受力均匀，贴敷在凸模上。凸模施工设计尺寸需要根据零件的最初标准设计形式进行设定，保证凸模使用钢硬度范围。
钣金件的尺寸不大，凹模结构需要采用整体缩口模具的设计，与其他条件保证一致性。整体模具设计更具有抗压力作用。为了减轻施工凹模的尺寸范围，调节内腔小于15mm，凹模的尺寸需要选择45号钢，确保压强大的情况下无明显的渗漏现象发生。压力圈材料需要使用凹模、硬度进行一致分析，明确粗糙度范围。设定压力间隙，最终确定合格标准的钣金件范围。
5 结语
该文通过有限元数值模拟方法分析了复杂薄壁航空钣金件保护罩的液压拉深成型过程，保护罩使用液压成形制造工艺可以避免起皱和破裂，成型出合格零件。液压成形是以凹模充液拉深成型为主要步骤，成型过程中起皱是最大危险，在背向液体压力作用下，板料与冲头之间的摩擦力增大，从而避免了冲头圆角处板料急剧减薄。且成型过程产生的小鼓包对板料的后续成型有预强化作用，能提高板料成型性。充液拉深工艺在厚度方向压应力和摩擦力的控制具有较好的成型性能。在调节板件材料流动、控制花型法兰处金属的拉入和避免起皱和破裂方面，局部压边力的调节起到了重要的作用，从而有效提高了制件合格率。
综上所述，航空薄壁钣金成形时采用有限元模拟可以得到理想局部压边力和一些工艺参数的设置范围，避免了成形过程的大范围试错，保证了钣金件的精确性和可靠性。随着航空钣金件对制造工艺的要求不断提高，复杂薄壁钣金件的成型工艺不断改进，液压成型基于有限元的分析，对成型过程进行模拟控制，提高工艺对成型过程把握度，以此，提高航空钣金件的制造合格率。
参考文献
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