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摘要：支板類鈑金件是飛機上主要構件之一，外形與角盒零件類似，結構簡單，但加工困難，成形精度差，報廢率高，通常采用拉深成形[1]。在拉深成型過程中，易發生起皺、拉裂等問題[2]。為改善該類零件的成形精度，并提高表面質量，進行支板類零件加工方法研究及應用。以生產現場選取的一件支板類產品為例，探討零件技術要求、研制技術方案并總結創新點，研究提高支板類零件加工合格率的方法，制作一套彎形工裝，最終固化推廣整個過程的加工經驗。

關鍵詞：支板類；鈑金；彎形工裝；固化推廣

一、項目來源

產品支板為某型飛機線纜整治過程中的改裝項目，屬于車間研制項目。目前，板材成型技術越來越廣泛地應用于航空航天領域，大量新工藝板材得到廣泛應用，改進現有成型工藝來推動板材成型制造技術的進步具有重要意義。支板（見圖1）屬于形狀復雜且尺寸較大的鈑金類零件，最大拉伸深度42mm，長度接近600mm，該零件在90°彎曲邊緣伴隨著板料翻邊成型，并且該零件存在斜度壓筋成型，加工難度極大。車間首次加工此類鈑金零件，無此類零件模具設計及加工方面的經驗，接到生產任務后，車間立即組織高技術與高技能人員成立項目攻關小組，開展該產品的研制工作。

二、研制技術方案

（一）研制思路

首先項目組分析了產品圖樣并繪制三維數模（見圖2），方便組員對產品形狀有更直觀的概念和理解，然后依據產品的結構特點，初步討論確定產品的加工工序：第一，完成整體外廓形狀拉伸；第二，完成斜面及R3位置壓筋加工；第三，完成“鵝蛋”形凸面拉伸；第四，進行90°彎形加工。由于該零件存在拉伸深度深達42mm的深拉延成型特征，在零件出現高度差的部位極易產生開裂，所以項目組把整體外廓形狀的拉伸放在首位攻克，外廓形狀成型后，后續彎型加工才會順利進行。

（二）研制流程

項目組按照確定的加工思路進行生產研制。1.整體外廓形狀的拉伸。根據初步整體外廓形狀拉伸的三維數模，來計算毛坯料的尺寸及形狀。根據該零件存在斜度壓筋成型并且最終成型形狀與水平面呈直角，分析得出毛坯料右半部分與豎直方向呈一定角度。采用對毛坯留量的方式對翻邊成型及拉伸成型原始毛坯尺寸進行計算，最終確定該零件毛坯形狀。根據初步整體外廓形狀拉伸的三維數模利用三維軟件按零件三維數?？焖僭O計出凹凸模具，然后根據該展開料外形尺寸確定模具的定位、間隙以及陰陽模的深度尺寸[3]，最后確定合理的導柱位置。模具，見圖3。拉伸后出現撕裂、褶皺和堆料、拉扯現象（造成拉伸后該部位缺料）。經多次試驗后發現，裂紋大體位置固定，但撕裂方向多有不同，褶皺和堆料、拉扯部位基本固定。針對上述問題，項目組提出了一系列的修改方案，總結如下：一是拉扯部位增大展開料尺寸，同時加裝展開料固定銷；二是對于褶皺部位，提高油壓機壓力，增大壓合力[4]，使板料平整；三是對于裂紋部分，采用多次拉伸方法，同時針對每次拉伸后會由于金屬內部晶粒間位錯塞積而產生硬化的現象增加熱處理去應力工序[5]使金屬內部晶粒進行再結晶，消除晶粒間位錯的塞積，消除加工硬化；四是成型前在凸凹模間涂抹機油起到潤滑作用，以便于板料在模具間流動，改善板料的流動性。更改后繼續進行拉伸試驗加工，褶皺部位和拉扯部位有明顯改善，可以滿足產品技術要求，但斷裂部位幾乎沒有改善，經仔細觀察，斷裂部位材料因拉伸變薄，拉伸深度過深，材料補充不足，從而導致出現撕裂現象。對于這種情況，項目組對產品的材料進行了性能分析。該產品設計材料為LY12-M，厚度1.2mm，拉伸深度超過材料本身拉伸極限，如采用彎形填充方案，則會出現嚴重堆疊現象，拉伸或彎曲方法均無法完成產品成型。其他加工方式能否完成加工？該產品技術要求中允許焊接成型，能否通過將裂紋部分剪裁掉，并通過焊接方式完成產品的成型加工？通過問詢和資料查找，LY12-M材料為鋁—銅—鎂系中的典型硬鋁合金，其成分比較合理，綜合性能較好。很多國家都生產這個合金，是硬鋁中用量最大的。該合金的特點是強度高、有一定的耐熱性，可用作150℃以下的工作零件。溫度高于125℃，2024合金的強度比7075鋁合金的還高。熱狀態、退火和新淬火狀態下成形性能都比較好，熱處理強化效果顯著，但熱處理工藝要求嚴格；抗蝕性較差，但用純鋁包覆可以得到有效保護；焊接時易產生裂紋。經過充分論證，最終決定采用LY16-M材料，該材料是一種耐熱硬鋁，其特點是：在常溫下強度并不太高，而在高溫下卻有較高的蠕變強度，無擠壓效應，可熱處理強化，焊接性能良好，形成裂紋的傾向不太顯著，焊縫氣密性較好，但焊縫腐蝕穩定性較低。為防止腐蝕，應采用陽極氧化處理或涂漆保護。主要用于在250℃—350℃下工作的零件，常溫和高溫下工作的焊接件，如容器、氣密倉等。通過毛坯料預先銑制開口后經焊接方式進行最終成型加工，并且該種材料符合零件技術要求，可以應用于生產制造。明確焊接補充加工方案并更換材料后，需要經過多次試驗拉伸加工來確定最合理的展開料形狀尺寸，并通過增加止裂孔、裂紋隨形開槽等方式，確定最終展開料，此時成型的產品無多余撕裂現象且焊接補加工部位最小、最優。2.斜面及R3位置壓筋加工。根據第一步彎形后的形狀尺寸來確定第二部壓筋模具的定位和間隙尺寸，然后確定合理的導柱的位置。3.完成“鵝蛋”形凸面拉伸。針對該凸面位置的壓型：根據前兩步彎形后的形狀尺寸來確定最后一步壓型模具的定位尺寸及導柱位置。最后設計導柱時，要特別注意導柱的位置不能與壓型后的工零件產生干涉，避免導柱位置不合理對模具使用效果產生影響。4.進行90°彎形加工。拉伸部位全部完成后，進行90°彎形加工，該加工過程無難點。5.下焊接補片進行焊接加工。依據拉伸后形狀裁制焊接補片，通過前期多次試驗，發現展開料尺寸與定位方式的改變可有效控制拉伸后的缺口形狀，在該形狀確定后補片可進行批量加工。然后進行焊接加工，焊接加工后鉗工進行打磨，使焊疤平滑光順，同時裁剪多余坯料使零件尺寸符合要求。最終成型結果，見圖5。研制完成后，將最終的壓型模具和展開料尺寸進行定型，并落實到加工工藝和模具設計圖紙中。

三、難點與創新

（一）模具設計思路上的創新

根據以往對此類拉伸模具設計上的經驗，小組成員首先采用的思路為先對42mm深度進行拉伸，然后再對其進行其余部分的彎形加工。根據上述思路我們對模具進行了設計和制造，但在經過實驗后發現這種模具在進行拉伸的過程中由于材料拉伸率不足的原因非常容易產生裂紋和堆積，雖然裂紋的位置比較集中，但是裂紋形狀不是固定的，也沒有什么規律可言，這樣就會對后面的焊接造成很大的困難，很難進行后續批量生產。小組成員在總結上述模具失敗原因后大膽創新，將先拉伸后彎形的傳統加工思路轉變為拉伸和彎形同時進行，并對模具和毛料尺寸進行相應調整，通過試驗尋找裂紋狀態和位置規律，運用增加止裂孔的方式固定裂紋狀態，不僅保證焊接工序順利完成，也使補焊片尺寸定型，可以滿足后期批量生產要求。

（二）零件的研制及生產方面的難點與創新

1.在模具使用方面的難點。該產品首步拉伸加工使用的模具尺寸較大，上下模板尺寸均為80mm×600mm×400mm，即使采用了密度較小的鋁合金進行加工，但兩塊模板相加重量可達108kg，單名操作者無法單獨完成加工，零件壓型過程中至少需要由兩名操作者配合完成，這給操作增加了很大麻煩和危險性。針對以上問題，后續可增加托架或與壓力機上下模板固定或在凸凹模非工作部分銑出缺口已減輕重量的方式進行改造，同時為了便于開啟模具，也可在凸凹模四角處銑出撬模角，更方便和安全地進行加工操作。2.試驗和確定展開料尺寸的周期較長。從接到任務到第一件產品交付進行裝機試用共經歷了兩個多月的時間，其間進行了百余次的試驗，每次試驗都針對結果對模具和展開料尺寸做出相應調整，最終經過車間各級人員的通力配合成功制造出了滿足各項使用要求的產品，形成了該產品的批量生產能力。

四、項目應用及推廣前景

目前該產品已完工入庫，加工過程中所使用的模具效果良好，可以滿足產品圖紙和技術要求中的各項指標。產品滿足了某型飛機支板的急需，使修理進程順利進行。此項目負責人通過文獻查閱、實踐研究，自主解決了高難度復雜鈑金零件的創新嘗試[6]。項目的成功經驗推廣后，將在以后的類似零件加工問題中起到很大的指導作用，有效提高問題的解決效率。同時，通過項目也鍛煉提升了車間人員解決疑難問題的能力、帶動了技術人員對拉伸模具設計、金屬材料特性分析、焊接技術、三維建模技術等方面知識的學習熱情。此外，項目進行過程中也發現一些有待繼續改進的問題，比如，可通過拉伸模具設計的細節完善性縮短制造周期，提前做好金屬特性分析工作，從而明確設計思路方向，多增加些理論研究和模擬計算加工，以減少材料的浪費，減少研制成本等。

參考文獻：

[1]濮良貴.機械設計-5版[M].北京：高等教育出版社，1989.

[2]孫開元，張麗杰.常見機構設計[M].北京：化學工業出版社，2010.

[3]王宇.機械自動化技術應用現狀與發展前景分析[J].決策探索（中），2018（02）：51-52.

[4]秦泗吉.盒形件多點常力壓邊拉深模設計[J].金屬成形工藝，2002，20（05）：55-56+59.

[5]郎利輝，孟曉峰，康達昌，等.充液拉深超高壓壓力控制系統關鍵技術的研究[J].塑性工程學報，1998（03）：80-87.

[6]邢忠文，楊玉英.盒形件拉深時法蘭變形區的剪應力與剪切變形[J].材料科學與工藝，1993（01）：82-87.

作者:王治安 郜達理 王洋 單位:大連長豐實業總公司