一种大法兰、高翻边管口加强件的冲压成形方法与流程

本发明涉及飞机制造领域的一种钣金零件成形技术，具体是一种用于大尺寸法兰、高直壁翻边的管口加强件冲压成形方法，尤其适用于底延展、高强度的高温合金材料板制零件的冲压成形。

背景技术：

在飞机板制零件制造领域，管口加强件的外缘发兰需要与飞机理论外形进行密封连接，精度要求高，由于结构的特殊性决定了零件的单一性，选择技术经济性合理的成形方法比较困难。

目前国内技术资料规定了此类零件成形方法有两种。一种是常规拉深成形，此时坯料上无孔，成形时凸模下平面区首先接触的坯料区域不参与变形，而坯料外缘法兰在凸模的拉力作用下向凹模移动，法兰发生塑性变形，当切向压应力超过材料所能承受的临界压应力时，材料失稳，形成高低不平的皱褶，若采用双曲率压边圈控制材料流动，则法兰表面模具压痕明显。此种模具结构复杂，制造周期长。其二为内翻边成形。此时坯料上预制有高翻边的展开通孔，成形时通过凸模将孔扩大同时坯料内缘翻起形成一定直壁高度，整个过程坯料的外缘法兰不参与变形。该成形方法主要的缺陷是翻边厚度变薄明显，越靠近翻边孔减薄量越大，不能满足飞机结构高强度的要求。

技术实现要素：

为了解决大法兰、高翻边管口加强件拉深成形时法兰外缘起皱、模具结构复杂，或内翻边成形时零件壁厚严重超差，本发明的目的在于提供一种具有拉深特征的大法兰、高翻边管口加强件的冲压成形方法。

一种大法兰、高翻边管口加强件的冲压成形方法，步骤如下：

步骤1:确定冲压成形模具结构

该成形模具含有凸模和凹模

步骤1-1:凹模型腔底部中心设1个排气孔，凹模上设有加强件展开坯料的外缘线，用于展开坯料定位成形

步骤1-2:凸模侧壁区的直线段尺寸为加强件侧壁翻边的直线高度，凸模平面转角区为一封闭圆弧面，将凸模下平面区与侧壁区光滑连接，平面转角区半径R的取值由加强件材料牌号及材料厚度δ决定，成形铝合金材料的平面转角区半径R＝(3～5)·δ，成形钢制材料可以取得略小一些；

步骤2:构造一个过渡成形体结构

以原加强件结构为基体，在其内外侧边缘增加有适量的修边余量，成为一个具备拉深成形和冲压成形双重特性的工序件，其截面形状从简单的型加固为型

步骤2-1:依据冲压手册计算得到原加强件理论展开毛坯的平面形状，内部设有开孔，开孔大小由直立翻边反算还原的形状决定

步骤2-2:优化毛坯是过渡成形体的展开形状，它在理论展开毛坯的基础上增加内外侧修边余量，来解决冲压成形中材料供给不足及变形不均等缺陷

步骤2-2-1:依据平面转角区半径R和材料厚度δ可以确定展开毛坯内侧修边余量

步骤2-2-2:外侧修边余量L₁通常取2～5mm

步骤2-2-3:修边余量采用与基体形状相似的原则等宽增加；

步骤3:确定优化毛坯和凸凹模具定位方式

成形前，优化毛坯依据凹模的坯料外缘线放置到凹模的上型面，毛坯内侧修边余量的上表面与凸模下平面区对应，毛坯的下表面主体成形区对应着凹模的型腔；

步骤4:冲压成形过程

步骤4-1:利用冲压成形设备使凸模下行，凸模的平面区首先接触到毛坯内侧修边余量，在凸模的拉力作用下此部分材料开始变形，逐渐包裹凸模平面转角区，产生了径向和切向拉应力，使侧壁区材料不再只是单纯的变形区同时兼顾了传力功能

步骤4-2:凸模向下作用力经过侧壁传递到外缘法兰，法兰在凸模的拉力作用下产生塑性变形，向凹模型腔流动，间接增大了侧壁翻边拉深成形极限

步骤4-3:成形结束，毛坯上下面分别贴合凸凹模型面形成过渡成形体，按照图纸要求去除过渡成形体内外侧修边余量，得到料厚较均匀的合格加强件。

本发明的有益效果在于：1)该方法通过增加修边余量构造了一个过渡成形体，新型模具从工作尺寸上控制了过渡成形体的变形特征，解决了单纯拉深成形或冲压成形材料流动不均的缺陷，实现了冲压与拉深两种工艺相结合的成形优势，具有重要的实用价值。2)该新型模具的安装与操作方法与传统模具相同，容易推广实现。3)该优化毛坯修边余量的计算方法简单，说服力强，较方便的保证零件成形后的材料厚度在公差允许的范围之内。4)该新型模具结构通用性强，可借鉴不同材料、高翻边结构件的成形，产品质量稳定、对操作者技术水平依赖低。

以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。

附图说明

图1是大法兰、高翻边加强件整体结构及截面示意

图2是大法兰、高翻边加强件的冲压模具示意

图3是过渡成形体整体结构及截面示意

图4是优化毛坯与展开毛坯结构示意

图5是大法兰、高翻边加强件的成形方法示意

图6是大法兰、高翻边加强件的成形结果截面示意

图中编号说明：1加强件、2外缘法兰、3侧壁翻边、4凸模、5凹模、6凸模下平面区、7平面转角区、8侧壁区、9外缘线、10凹模上型面、11凹模型腔、12过渡成形体、13外侧余量、14内侧余量、15理论展开毛坯、16优化毛坯、17外侧修边余量、18、内侧修边余量

具体实施方式

参见附图，实施例提供的飞机零件如图1所示，该零件是一种大法兰、高翻边管口加强件1，主体成形包括两大部分外缘法兰2和侧壁翻边3。加强件的截面是简单的型，利用现有技术成形最大的问题是法兰2起皱严重或侧壁翻边3变薄超差。

如图2-6所示，一种新型大法兰、高翻边管口加强件的冲压成形方法，包括以下步骤：

步骤1:确定冲压成形模具结构

本申请提出的成形模具如图2所示，模具含有凸模4和凹模5，凹模型腔11底部中心设有1个排气孔，凹模5设有加强件1展开坯料的外缘线9。凸模侧壁区8的竖直高度与加强件侧壁翻边3的直线高度相匹配。凸模平面转角区7为一封闭圆弧面，将凸模下平面区6与侧壁区8光滑连接。成形铝合金材料时平面转角区7半径R＝(3～5)·δ，成形钢制材料可以取得略小一些。

步骤2:构造一个过渡成形体结构

本申请构造了一个过渡成形体12如图3所示，以原加强件结构为基体，在其内外侧边缘增加有适量的修边余量，成为一个具备拉深成形和冲压成形双重特性的工序件，其截面形状从简单的型加固为型

如图4所示，理论展开毛坯15是加强件1按冲压手册理论计算得到的平面展开形状。优化毛坯16是过渡成形体12的展开形状，呈圆环平板状，它是在理论展开毛坯15内、外侧增加了修边余量，内侧修边余量18依照计算公式确定，外侧修边余量17通常取2～5mm。修边余量采用与基体形状相似的原则等宽增加。

步骤3:确定优化毛坯和凸凹模具定位方式

如图5所示，成形前，优化毛坯16依据凹模5的坯料外缘线9放置在凹模上型面10，毛坯内侧修边余量18的上表面与凸模下平面区6对应，毛坯16的下表面主体成形区对应着凹模型腔11。

步骤4:冲压成形过程

成形时，凸模下平面区6首先接触到毛坯内侧修边余量18，在凸模4的压力作用下此部分材料开始变形，逐渐包裹凸模平面转角区6，使侧壁翻边3从单纯拉伸变形增加了传力功能，凸模4向下作用力借助侧壁翻边3传力，使外缘法兰2向凹模型腔11流动。

如图6所示，成形结束，优化毛坯16上下面分别贴合凸模4、凹模5型面形成过渡成形体12，去除过渡成形体12内侧余量14、外侧余量13的修边余量，得到料厚较均匀的合格加强件1。

需要说明的一点：对于一些外缘法兰带有方形尖角结构的加强件，采用此种冲压方法成形法兰区域仍然会有褶皱出现，为此，在凹模上型面10铺盖一定硬度的橡皮，橡皮消皱功效强大，一方面可以增大成形压边力，另一方面也保护了零件表面质量，使法兰起皱得以缓解。