文/方繼釗，陳根發(fā)，郭偉，王勇，胡飛·成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

導(dǎo) 語

飛機(jī)因其氣動外形需要，通常存在一部分復(fù)雜構(gòu)型的鈑金零件。由于此類零件的結(jié)構(gòu)限制，常采用手工成形，但此原始方法成形精度差，報廢率高。本文對某復(fù)雜異向彎邊薄壁零件成形工藝進(jìn)行優(yōu)化，以橡皮囊液壓成形技術(shù)為基礎(chǔ)，采用兩套型胎以實現(xiàn)零件不同部位的成形方案，借助有限元模擬，預(yù)測了局部起皺缺陷，采用局部手工預(yù)成形方式以防止起皺產(chǎn)生。研究表明，此方案能夠很好地成形出合格零件，相對于傳統(tǒng)的手工成形方式，該方法大大降低了勞動者工作強(qiáng)度、零件表面質(zhì)量大幅提升，可以滿足零件批量化生產(chǎn)需要，進(jìn)一步拓展了此類零件的加工方法，為該類零件成形提供了技術(shù)支撐。

在飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件中，鈑金零件約占飛機(jī)結(jié)構(gòu)件總量的60%以上，框肋零件作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)中最重要的一類零件，通常用作翼肋、機(jī)身隔框或其他骨架零件，直接影響著飛機(jī)的外形精度和結(jié)構(gòu)承載能力，在飛機(jī)的整體框架中起著重要的作用。在框肋零件的成形方式中，橡皮囊液壓成形技術(shù)的應(yīng)用占到了50%左右。

橡皮囊液壓成形技術(shù)是利用橡皮囊作為彈性凹模（或凸模），用液壓油作為傳壓介質(zhì)，使金屬板料隨剛性凸模（或凹模）成形的一種軟模成形方法。國內(nèi)外關(guān)于框肋零件橡皮囊液壓成形的研究主要涉及成形原理，理論分析，數(shù)值研究，工藝優(yōu)化等方面。王福東借助數(shù)值模擬技術(shù)對大曲率凸彎邊零件橡皮囊液壓成形工藝進(jìn)行優(yōu)化；惠小鵬采用有限元分析方法對橡皮囊液壓成形回彈進(jìn)行研究，對模具進(jìn)行回彈補(bǔ)償；Asnafi對鋁合金板料的凸彎邊橡皮囊液壓成形進(jìn)行了理論和試驗研究，發(fā)現(xiàn)該成形方法的起皺極限是傳統(tǒng)沖壓工藝方法的幾倍；Pravin Kulkarni等人結(jié)合試驗與有限元仿真技術(shù)對2024—O狀態(tài)和2024—T狀態(tài)鋁合金直彎邊橡皮成形的回彈進(jìn)行了研究。

某型機(jī)有一個復(fù)雜異向彎邊零件，零件腹板面是非常見的平面，存在一定的折彎角度，兩個彎邊與腹板面均呈負(fù)角度，彎邊的一端還存在鼓包區(qū)域，是目前該型機(jī)中最為復(fù)雜的框板類零件。本文剖析了該復(fù)雜異向彎邊零件的成形難點，結(jié)合成形難點進(jìn)行工藝改進(jìn)，并給出解決方案，通過物理試驗對方案的可行性進(jìn)行了驗證。

零件分析

零件結(jié)構(gòu)特點分析

某機(jī)型存在一個復(fù)雜異向彎邊薄壁零件，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其構(gòu)型的復(fù)雜程度在于以下幾點:

圖1 帶鼓包復(fù)雜異向彎邊零件

1)零件中部腹板面并非平直狀態(tài)，而是中部帶有一定的折彎凸起狀。

2)彎邊I整體呈負(fù)角度，且長度方向呈現(xiàn)一定弧度。

3)彎邊II整體呈負(fù)角度，且一端帶有鼓包區(qū)域。

零件成形難點分析

通常此類零件采用純手工成形，雖能成形出零件，但具有以下四個方面的缺點：

1)下毛料，需對毛料進(jìn)行大量修剪工作后，方可上工裝成形。

2)彎邊I與彎邊II在成形時存在聯(lián)動效應(yīng)，需反復(fù)平衡成形及校正，才能使兩邊均貼模，且零件同時存在鼓包和負(fù)角度區(qū)域，因此成形過程中材料變形量大，應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)復(fù)雜，手工成形難度很大。

3)零件兩個彎邊均呈負(fù)角度，成形完畢后，取件不易。

4)零件純手工成形，表面質(zhì)量極差，合格率無法保證。

零件成形工藝性分析

框肋零件常常用做翼肋、機(jī)身隔框或其他骨架零件，直接影響著飛機(jī)的外形準(zhǔn)確度和結(jié)構(gòu)承載能力，在飛機(jī)的整體框架中起著重要的作用?？蚶吡慵饕捎孟鹌つ乙簤撼尚?，橡皮囊液壓成形過程如圖2所示。其具有以下優(yōu)點：

圖2 橡皮囊液壓成形過程示意圖

1）板料減薄量小、厚度變化均勻、成形精度高、具有良好的貼模度。

2）零件劃痕、壓傷等缺陷少，成品零件表面質(zhì)量高。

3）模具結(jié)構(gòu)簡單，工裝制造周期短，符合優(yōu)質(zhì)、低成本的精益理念。

4）結(jié)合工裝的大小及形狀，工作臺可同時安放多套不同的模具，即一次可成形多個零件，生產(chǎn)效率高。

鑒于該零件的成形難點，表面質(zhì)量要求較高，且該零件與結(jié)構(gòu)框貼合，對貼模度要求較高。本文結(jié)合橡皮囊液壓成形的特點，對該零件采用橡皮囊液壓成形方案進(jìn)行了詳細(xì)的剖析和設(shè)計。

工藝方案與成形設(shè)備

針對這種復(fù)雜異常彎邊的框板類零件，最初始采用的方案是純手工成形，但純手工成形存在諸多問題，首先操作人員的勞動強(qiáng)度大，再者手工成形的零件表面質(zhì)量差，成形后需要進(jìn)行大量的打磨。這樣生產(chǎn)的產(chǎn)品已很難滿足現(xiàn)代航空制造的質(zhì)量要求，工藝方案亟待改進(jìn)。

零件中部腹板面并非平直狀態(tài)，彎邊I與彎邊II整體呈負(fù)角度，在長度方向呈現(xiàn)一定弧度，且彎邊II端頭區(qū)域有鼓包。從經(jīng)驗來講，這種情況一套工裝是很難成形出合格零件的，所以考慮增設(shè)中間過渡成形工序。過渡型胎如圖3所示，用于成形零件中間拐角區(qū)及彎邊I。

圖3 過渡型胎I結(jié)構(gòu)

針對此過渡成形過程(圖4)，采用ABAQUS進(jìn)行橡皮囊液壓成形分析，設(shè)備如圖5所示結(jié)果顯示，如果直接采用過渡型胎I進(jìn)行橡皮囊液壓成形，零件的彎邊I可以獲得較好的成形效果，但零件中部拐角區(qū)域會形成死皺。死皺無法通過校正消除，為避免在過渡成形過程中形成死皺，在過渡成形前需增加一道局部手工預(yù)成形工序。

圖4 過渡成形有限元模擬結(jié)果

圖5 橡皮囊液壓成形設(shè)備

過渡成形后，零件的彎邊II及鼓包區(qū)域還未成形，采用一套型胎II用于成形彎邊II及其鼓包區(qū)域，因彎邊II呈負(fù)角度，型胎II應(yīng)設(shè)計為彎邊I躲避，避免零件無法取出，型胎II的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 型胎II結(jié)構(gòu)

試驗驗證

通過上述分析，最終確定了該零件的主要成形工藝流程如下：

數(shù)控展開下料→手工預(yù)成形（拐角區(qū)）→過渡型胎Ⅰ成形→型胎Ⅱ成形→中間檢驗。

通過物理試驗驗證，按照以上的工藝方案與路線可以制造出貼模性、表面質(zhì)量等均符合零件技術(shù)要求的合格零件，零件實物如圖7所示。

圖7 零件實物

結(jié) 束 語

本文基于橡皮囊液壓成形技術(shù)，結(jié)合物理試驗和數(shù)值模擬研究了復(fù)雜異向彎邊薄壁零件的成形過程。結(jié)果表明，利用橡皮囊液壓成形技術(shù)的思路并采用兩套型胎輔以局部手工預(yù)成形的方式，能夠很好地成形出合格零件。相對于傳統(tǒng)的純手工成形方式，該方法大大降低了勞動者工作強(qiáng)度、零件表面質(zhì)量大幅提升，可以滿足零件批量化生產(chǎn)需要，進(jìn)一步拓展了此類零件的加工方法，為該類零件成形提供了參考。