航空鈑金類(lèi)零件的橡皮墊容框成型技術(shù)

1

前言目前，很多異型鈑金類(lèi)零件的加工基本上還是采用傳統(tǒng)加工方法，該方法需要操作者在模胎上手工反復(fù)校正，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且成型后的零件表面質(zhì)量較差，零件一般不具有裝配互換性。為了滿(mǎn)足生產(chǎn)需要，尤其是解決零件成型后的表面質(zhì)量問(wèn)題，提高鈑金類(lèi)零件的加工效率就變得越來(lái)越重要，因此需要研究一種新型的加工方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金類(lèi)零件的快速成型。橡皮墊容框成型鈑金零件技術(shù)是借助壓力機(jī)提供成型的外力，利用橡皮墊自身的彈性對(duì)零件進(jìn)行包覆和擠壓，靠容框模具的型腔來(lái)控制橡皮收縮的一種成型技術(shù)，即固定式容框成型技術(shù)。在滿(mǎn)足零件加工尺寸要求和幾何公差的前提下，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金類(lèi)零件的快速成型，提高零件的表面質(zhì)量和加工效率。2

成型原理及所用設(shè)備由于大多數(shù)航空鈑金類(lèi)零件對(duì)結(jié)構(gòu)和裝配位置有一定要求，尤其是蒙皮、蓋板等裝配時(shí)裸露在產(chǎn)品外部的零件，對(duì)外觀質(zhì)量要求較高。因此，加工時(shí)不僅要關(guān)注零件的成型效率，而且要特別關(guān)注零件成型后的表面質(zhì)量。橡皮墊容框成型的工作原理是以液壓機(jī)作為輔助設(shè)備提供運(yùn)行動(dòng)力，利用成型零件的容框（凸模和凹模）將待成型零件放置在模胎上、容框橡膠板下，通過(guò)壓力機(jī)下行使容框的凸、凹模閉合，利用凹模內(nèi)所放置的橡皮墊在受壓過(guò)程中形成的封閉內(nèi)腔和橡皮自身的彈性，使待成型的零件毛坯或金屬板料在壓力機(jī)所提供的外力作用下讓材料沿著模具型面貼合，對(duì)需要成型的零件進(jìn)行包覆和擠壓，將零件緊緊貼在模胎表面。橡皮墊容框成型是半模成型，具有模具簡(jiǎn)單、可縮短生產(chǎn)周期和降低制造費(fèi)用等特點(diǎn)，而且零件成型的過(guò)程中橡膠墊受到擠壓，可以充分發(fā)揮板料的塑性，減小零件的回彈量，成型后的貼胎間隙小，是一種先進(jìn)的成型工藝。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，采用橡皮墊成型技術(shù)，可以滿(mǎn)足零件成型后的貼胎間隙≤0.3mm的要求。橡皮墊容框成型技術(shù)所使用的成型設(shè)備是我公司自主開(kāi)發(fā)的橡皮墊容框，與壓力機(jī)（作為輔助外力）配合使用，目前包括300t壓力機(jī)容框、630t壓力機(jī)容框和1600t壓力機(jī)容框等系列。本文以630t壓力機(jī)的橡皮墊容框?yàn)槔M(jìn)行研究，其容框結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1橡皮墊容框結(jié)構(gòu)1—工作臺(tái)2—容框凸模3—零件成型模胎4—待成型零件5—橡膠板6—容框凹模7—固定板3

研究?jī)?nèi)容及過(guò)程本次研究的內(nèi)容是在630t壓力機(jī)上使用容框成型技術(shù)來(lái)加工零件。通過(guò)選擇橡皮墊參數(shù)，獲得合適的加工工藝參數(shù)，完成零件的加工制造，達(dá)到提高零件的表面質(zhì)量和加工效率、實(shí)現(xiàn)鈑金類(lèi)零件快速成型的目的。3.1試驗(yàn)材料容框材料為球墨鑄鐵，材料牌號(hào)：QT600-3；技術(shù)要求：GB/T5612—2008；橡膠板材料牌號(hào)：1105；試驗(yàn)零件材料為硬質(zhì)鋁合金，材料牌號(hào)：2A12；材料供應(yīng)狀態(tài)：O（退火狀態(tài)）；厚度δ：1.5mm；規(guī)格條件：GB/T3880.3—2006；技術(shù)條件：GB/T16475—2008。3.2試驗(yàn)過(guò)程（1）試驗(yàn)零件及展開(kāi)圖進(jìn)行工藝研究時(shí)，需要確保零件成型時(shí)所需容框的內(nèi)腔尺寸足夠安放零件，而且需要將待成型零件放置在成型模胎上，即零件成型前的展開(kāi)料。依據(jù)零件圖樣進(jìn)行計(jì)算，并繪制零件展開(kāi)圖，如圖2、圖3所示。圖2試驗(yàn)零件圖3試驗(yàn)零件的展開(kāi)毛坯（2）彎曲成型力的計(jì)算在零件成型階段，由于壓力機(jī)下行，容框的凸模和凹模閉合，最終將需要成型的零件緊貼在模胎上。此時(shí)零件受到凸模、凹模和橡膠板共同作用力的擠壓，校正彎曲力急劇增大，其彎曲成型力用下式計(jì)算：P＝pA式中，P是校正彎曲力（kN）；p是單位校正力（MPa），其數(shù)值可根據(jù)表1進(jìn)行選取；A是成型部分的投影面積（mm2）。表1單位校正力p的數(shù)值（單位：MPa）根據(jù)本次試驗(yàn)所用材料進(jìn)行選取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，帶入公式計(jì)算，可得P＝pA＝35MPa×157579.63mm2＝5515287N≈5515.3kN經(jīng)過(guò)計(jì)算，成型所需的校正力約為5515.3kN，而630t壓力機(jī)的公稱(chēng)力為6300kN，也就是說(shuō)成型所需的校正力小于所選用的壓力機(jī)噸位，故該設(shè)備滿(mǎn)足成型零件所需的壓力要求。（3）成型零件的容框設(shè)計(jì)及實(shí)體圖根據(jù)待成型零件的外廓尺寸和成型高度，考慮其安全裕度，經(jīng)過(guò)計(jì)算，選取630t壓力機(jī)作為輔助成型設(shè)備。容框成型腔的尺寸為450mm×800mm×1000mm，容框材料為QT600-3球墨鑄鐵，加工方式為鑄造。其容框凸模、凹模、橡皮墊、成型零件模胎以及待成型零件在加工時(shí)的裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4所示，容框在壓力機(jī)上的安裝及固定如圖5所示，容框的凹模和凸模零件尺寸如圖6和圖7所示。圖4容框?qū)嶓w1—容框凹模2—橡皮墊3—待成型零件4—成型零件模胎5—容框凸模圖5容框在壓力機(jī)上的安裝及固定圖6容框凹模圖7容框凸模（4）容框凹模受力分析及制造要求由于容框的凹模內(nèi)放置有一定厚度的橡皮墊，在零件成型的過(guò)程中橡皮墊受擠壓會(huì)產(chǎn)生較大的彈力并傳遞給凹模的四周，所以需要考慮一定壓力下容框凹模的變形情況，為此需要對(duì)凹模進(jìn)行仿真計(jì)算，假定壓力機(jī)作用力為8000kN（即壓力機(jī)噸位為800t），此時(shí)凹模受力變形的位移情況如圖8所示，最大位移量≤0.8mm。圖8容框凹模受力變形位移容框的凹模和凸模均采用QT600-3球墨鑄鐵鑄造而成，其工藝流程為：5備料→10設(shè)計(jì)并制作模型→15鑄造毛坯→20清砂→25鑄件回火→30粗刨加工→35二次熱處理→40精銑加工→45人工刮研→50檢驗(yàn)（光譜分析）→55交付，其中“5、10、15……50”為工序號(hào)。鑄造要求：①鑄件表面不允許有冷隔、裂紋、縮孔、穿透性缺陷以及嚴(yán)重的殘缺類(lèi)缺陷（如欠鑄、機(jī)械損傷等）。②鑄件表面應(yīng)平整，澆冒口、毛刺和黏砂等應(yīng)清除干凈。③鑄件公差帶對(duì)稱(chēng)于毛坯鑄件的基本尺寸布置。④未注幾何公差應(yīng)符合GB/T1184-H的要求。⑤起模斜度及鑄造圓角由鑄造工藝確定。⑥機(jī)械加工吊掛螺栓孔，不允許有毛刺。⑦凸模和凹模鑄造的所有圓角均分布在鑄件四周。銹。4

容框橡膠墊的確定（1）橡膠材料的選擇容框中橡膠的選擇是容框設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題之一，硬橡膠對(duì)成型過(guò)程有利，但是如果橡皮太硬，要使橡膠表面形成與成型模一致的形狀并將毛坯各處都?jí)旱煤统尚湍Ｏ噘N，就需要更大的單位壓力，同時(shí)容框表面的硬橡膠易于磨損、破裂。因此，為了使橡膠具有良好的流動(dòng)性和較好的消除皺紋的能力，在容框內(nèi)部采用較軟的橡膠，其厚度一般為20～50mm，本次成型時(shí)選用的厚度為40mm，這樣可同時(shí)滿(mǎn)足兩方面的要求。即使工作表面層被磨損或破裂，也只要更換一塊表層橡膠墊即可。由于該容框成型主要是利用容框的封閉內(nèi)腔和橡膠板的彈性，根據(jù)零件成型的特點(diǎn)，需要利用橡膠板將需要成型的零件進(jìn)行包覆和擠壓，然后將零件緊緊貼在模胎表面。根據(jù)使用要求確定所需的橡膠板參數(shù)，其具體指標(biāo)值見(jiàn)表2。表2橡膠板參數(shù)（2）制造橡膠墊所需模具的設(shè)計(jì)容框所用的橡膠墊需要根據(jù)容框內(nèi)腔尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)加工，由于橡膠墊注塑時(shí)會(huì)有一定的成型收縮率，設(shè)計(jì)模具時(shí)需要充分考慮該收縮率并預(yù)留收縮量，保證成型后的橡膠墊剛好滿(mǎn)足容框的內(nèi)腔尺寸。澆注橡膠板的凸、凹模實(shí)體如圖9所示。圖9澆注橡膠板的凸、凹模實(shí)體5

容框成型零件的過(guò)程及表面質(zhì)量（1）容框成型零件的加工過(guò)程通過(guò)試驗(yàn)，使用容框成型零件后，零件基本貼合模胎，可以滿(mǎn)足零件貼胎≤0.3mm的要求。取下零件后工人只需要簡(jiǎn)單校正即可達(dá)到圖樣要求，試驗(yàn)效果很理想。主要工藝流程為：5下料→10激光切割零件展開(kāi)外形及型孔→15去毛刺→20上料（見(jiàn)圖10）→25固定（見(jiàn)圖11）→30成型（見(jiàn)圖12）→35校形→40檢驗(yàn)，其中“5、10、15……40”為工序號(hào)。圖10待成型零件上料圖11待成型零件固定圖12零件成型試驗(yàn)結(jié)果表明，只要在壓力機(jī)許用壓力下且成型零件外形尺寸不大于容框內(nèi)腔尺寸，都可以進(jìn)行成型加工，而且可以同時(shí)成型多種不同形狀的零件。使用設(shè)備來(lái)輔助成型，不僅降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，而且大大提高了零件的加工效率，達(dá)到了預(yù)期的效果。（2）新、舊加工方式成型的零件比較舊加工方式如圖13所示，通常成型鈑金零件是將零件放置在工作臺(tái)上，用型塊和壓板通過(guò)螺栓和螺母將待成型的零件固定在工作臺(tái)的T形槽內(nèi)，然后用榔頭和墊塊通過(guò)人工反復(fù)敲打成型，這樣成型的零件表面質(zhì)量差，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大、加工效率低。圖13舊加工方式成型零件由于鋁合金板料供貨狀態(tài)的表面質(zhì)量較好，使用容框成型時(shí)，是將需要成型的零件放置在模胎上，置于容框橡膠板下，通過(guò)壓力機(jī)的下行使凸、凹模閉合，在零件成型的過(guò)程中基本不受敲擊力，所以零件成型后的表面質(zhì)量好（見(jiàn)圖14），相比之前的加工方法，零件表面質(zhì)量有明顯的改善。圖14新加工方式成型的零件6

橡皮墊容框成型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)過(guò)不斷摸索試驗(yàn)、優(yōu)化和跟蹤檢測(cè)，該橡皮墊鈑金成型技術(shù)所加工的零件尺寸一致性好，表面質(zhì)量穩(wěn)定，贏得了客戶(hù)的認(rèn)可和好評(píng)。該橡皮墊容框成型技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)。1）橡皮墊容框成型是一種靜壓成型工藝，由于橡皮墊成型過(guò)程中橡皮始終緊貼零件，所以零件表面無(wú)擦傷痕跡；成型時(shí)壓力均勻，加工零件表面質(zhì)量好，外形準(zhǔn)確度高；同時(shí)由于厚度變化較均勻，材料內(nèi)部的損傷率大大降低。2）由于只有一個(gè)凸模，簡(jiǎn)化了模具，壓力機(jī)上模具的準(zhǔn)備時(shí)間縮短，即使進(jìn)行試模和成型，其時(shí)間也減少了50%以上，故生產(chǎn)周期短，制造費(fèi)用低。3）由于工作臺(tái)上能同時(shí)放幾種不同產(chǎn)品的模具，故一個(gè)循環(huán)可同