成型工艺在钣金件造型中的应用
王志学
[摘 要]落压成形是多年来钣金件成形中一种非常普遍采用的成形方法，是利用落锤的冲击力将金属板料压制成所需曲面零件的一種钣金成形工艺。主要用于成形板外形复杂，曲面急剧变化的钣金零件：如半管，盒形件，整流罩及波纹板等。
[关键词]落压成形；钣金成形工艺；盒形件；外形复杂；
中图分类号：TG385.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）25-0359-01
引言
钣金工艺是飞机制造技术的支柱工艺之一，历来受到国内外航空制造业的高度重视，由于飞机钣金件尺寸大小不一，形状复杂，品种繁多，以及外形、尺寸准确度和边缘状况，表面完整性的要求，导致使用的工艺装备品种多，协调关系复杂，盒形零件是飞机上的常用的外形复杂类零件，盒形零件有四周封闭，深度大，不易成形的特点。成形盒形零件多采用落压成形的方法，落压是利用落锤的冲击力将金属板料压制成所需曲面零件的一种钣金成形工艺。
1.典型零件
图1零件为典型的封闭式三角形盒形件，盒形件的深度大，顶部为三面相交成的两个尖点及一个棱边，底部为双曲面的凸缘面，零件上有通孔及导孔，此零件装在飞机框上，与之配合的配合面均为双曲面，故一定要保证钣金零件凸缘面的外形和其上的导孔位置。钣金盒形件里通过一些燃油管路，钣金零件四壁向承受一定的载荷，连接两个钣金零件的铆钉主要承受剪应力。工程要求零件的变薄量不差过25%，角度公差±2°，孔位置公差±0.76mm。
2.成形分析
在钣金零件的成形过程中，毛料的不同部位伸展或收缩变化，才能变为立体的空壳形状，当材料发生伸展变化时，可能导致均匀变薄或集中变薄。当材料发生收缩变化时，也可能导致均匀增厚或失稳起皱。实际上，盒形件在成形过程中多是伸展与收缩变化同时存在，也就是零件在成形过程中，即要防止零件集中变薄，也要防止失稳起皱。这就需要对零件在成形过程中进行应力应变分析，以便采取措施解决零件在成形中的困难。
3.应力应变分析
此盒形件的成形属于锥形底带凸缘的锥形件拉深成形。根据成形中变形的特点可分4个区域。
A、B尖角点，此区域范围较小，应力集中严重，零件在此区域产生裂纹。
A？B棱边区，为一棱线，零件易变薄。
前壁、后壁、侧壁以及相交的四圆角区，此区域零件变形较均匀。
凸缘和四圆角区，此区域零件容易起皱。
为了了解零件在成形过程中各部分的变形情况，必须了解各部分材料在变形时的受力情况，既应力应变状态。各变形区的应力应变见表1。
由表中应力应变知：A、B尖角点受双向拉应力，双向拉伸应变，厚度方向应变εt=εr+εθ，变薄量大而且易裂。A-B边棱区主要受壁身方向的拉应力，壁身向拉应变εr=εt，厚度方向收缩应变，厚度变薄，可能拉裂。前、后、侧壁的四圆角区主要受壁身方向的拉应力，同时由于直径收小，切向受压应力，沿壁向受拉应变εr，切向受收缩应变εθ，厚度方向应变视其位置而定。靠A、B点处可能是收缩应变而变薄，而靠近凸缘部分可能是拉伸应变而变厚，当切向压应力大于等于稳定极限应力时则失稳而起皱。凸缘四角受径向拉应力和切向压应力，径向拉应变εr，切向压应变εθ，厚向应变εt=εθ-εr，即凸缘面易失稳而起皱。从以上分析可知，造成零件变薄、破裂的拉应力主要集中在A、B尖角点区，造成零件起皱、产生死摺的压应力主要集中在四圆角的凸缘区。只有改变危险区域材料的应力应变状态，尽可能发挥和提高材料的塑性，减少应力集中的产生，才能解决零件的成形问题。
4.工艺方案分析
考虑到零件是具有较大深度带凸缘的盒形件，无法在一道成形工序中成形。在最初试制阶段，制造了一套成形模的同时，制造了一套过渡模，见图2。
当使用成形模压制零件时，均在顶部出现裂痕，经分析认为，是过渡模成形的毛料在顶端头部位储料不够，及零件在成形过程中，材料流动不好，造成壁部和顶部都承受很大的拉应力，尤其顶部，承受双向拉应力，导致零件在成形时，顶部变薄拉裂。因此又增加了第2套过渡模，如图3。
在充分考虑到零件的缺陷主要是由顶部拉裂造成的，因而把第二套过渡模的端头部位做出凸包形，以便尽可能多的储存材料，在落压过程中，在凸包处要垫上橡皮，以加大材料的储存量，并且成形时涂抹润滑剂，增加材料的流动。增大上模的圆角R，并尽量减少凸缘的材料余量，对底部起皱处要随时用铝锤进行收料平皱，以免形成死折而报废零件。为了更好的成形，在用第一套过渡模成形时，还要加垫几层层板，每块层板约5MM厚，来限制每一次落锤击下凸模所能进入凹模的深度，每锤击一次，便抽去一块层板，全部层板抽出后，再重击一至两次校形。零件需要在2个过渡模上预成形，材料极易冷作硬化，不易成形和修整，故必须合理安排热处理和修整工序，最大限度利用材料在退火状态和新淬火状态下成形性好的特点，来成形和加工零件。
5.结论
用落压方法来成形是可以达到质量标准的，落压成形工艺仍在现有生产中发挥着作用，对于外形复杂的零件可以采用过渡模来辅助预成形。目前，正在研究用橡皮囊液压成形机替代落锤，利用橡皮囊液压成形的特点，节省模具的费用和提高零件的质量，降低工人的劳动强度，提高生产效率和经济效益。
参考文献
[1] 《航空制造工程手册》总编委会，制造工程—手册飞机钣金工艺，航空工业出版社，北京，1992年.
[2] 李硕本，《冲压工艺学》，机械工业出版社，北京，1982年.
[3] 李寿萱，《钣金成形原理与工艺》，西北工业大学出版社，1985年.
