一种用于飞机z型材的一次拉弯成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞机金属型材拉弯成形领域，具体涉及一种用于飞机Z型材的一次拉 弯成形方法。
【背景技术】
[0002] 拉弯是指工件在弯曲的同时加以切向拉力，改变工件截面内的应力状态的一种型 材弯曲工艺，相对于其它弯曲工艺有如下工艺特点：能成形空间结构复杂的型材零件；能 成形屈强比大的型材弯曲零件；具有不同工艺方法相结合的综合成形特点；弯曲精度高， 回弹小；具有柔性制造特点。
[0003] 型材拉弯常用于成形各种大型、复杂截面、非对称、变曲率三维型材零件，因而，被 广泛应用于航空航天、汽车、建筑、桥梁、电梯和火车等制造业。飞机上的缘条、机身前后段 和发动机短舱的长桁等尺寸大、相对弯曲半径大的挤压型材、板弯型材弯曲件，这类零件组 成飞机骨架的受力零件，直接影响到飞机的气动力外形，因而形状精度要求很高，生产中普 遍采用拉弯成形的方法制造这类零件。汽车车身外金属饰条以及门窗框、流水檐和保险杠 及中高档轿车的车身外金属饰条等均采用拉弯工艺成形。
[0004] C919飞机框缘类零件由Z形截面型材拉弯成形，由于受截面形状、弯曲半径、材料 性能等的影响，通用二次拉弯成形过程中型材截面畸变、截面变窄和减薄严重，导致成形质 量达不到要求；零件为变曲率外形，回弹控制困难，成形后手工校形量大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于飞机Z型材的一次拉弯成形方 法。
[0006] 为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种用于飞机Z型材的一次拉弯成形方法，其特征步骤如下：
[0008] 第一步，采用解析计算或者数值模拟方法预测Z形截面型材拉弯回弹量，根据预 测结果进行拉弯模具回弹补偿设计，并完成拉弯模具制造；
[0009] 第二步，对待成形的Z形截面型材进行热处理，当达到新淬火状态后取出零件，等 待成形；
[0010] 第三步，设定拉弯机参数，所述的拉弯机参数设定为：摆臂速度为1. 3度/秒，拉伸 缸速度为0. 4inch/s ;紧贴力为3吨，预拉伸量为9mm，补拉伸量为60mm，拉弯过程中始终保 持所设定的拉弯机参数；
[0011] 第四步，一次拉弯成形，预拉伸，拉弯，补拉伸，卸载，第二步的热处理后的零件需 要在30min内完成拉弯成形，否则需要放置于冰箱中等待成形；
[0012] 第五步，精度测量并调整工艺参数后重复第四步操作，直到得到理想的零件外形。
[0013] 一种上述方法的拉弯模具，包括上挡板、靠模、下挡板，靠模位于上挡板和下挡板 之间，靠模的上表面与上挡板的下表面贴合，靠模的下表面与下挡板的上表面贴合，所述靠 模和下挡板结构相似，在上挡板与靠模之间通过多个紧固螺栓的连接将型材件压紧，另外 在上挡板、靠模和下挡板之间也通过多个紧固螺栓将所述上挡板、靠模和下挡板连接并固 紧。
[0014] 在靠模上还分别设有若干减轻孔、定位孔、吊装孔。
[0015] 本发明的有益效果在于：全面提高了零件成形质量，大幅减少手工修校量，可以有 效的节省成形时间，缩短了产品制造周期，降低成本，本发明中的模具结构简单易于制造， 取材使用方便，制造成本低。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明方法所用的拉弯模具结构立体示意图，
[0017] 图2为本发明方法所用的拉弯模具结构主视图，
[0018] 图3为图2的A-A剖视图，
[0019] 图4为典型型材拉弯成形原理过程示意图，
[0020] 图5为临界截面应力分布，
[0021] 图6为型材弯曲回弹前后几何尺寸比较，
[0022] 图7为本发明拉弯成形方法流程图。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
[0024] 实施例：参见图1至图7。
[0025] 一种用于飞机Z型材的一次拉弯成形方法，其特征步骤如下：
[0026] 第一步，回弹补偿。提取型材截面形状、型材与模具的装配关系即相对位置关系、 零件外形参数即模具引导线的曲率及长度特征、材料参数即材料的单拉应力应变曲线数 据，或者拟合本构模型参数，硬化模型参数、所使用拉弯工艺参数包括拉弯过程的预拉伸 量、补拉伸量以及成形条件包括摩擦条件，如摩擦系数，成形速度条件，加载条件，加载方 式，边界条件后，采用解析计算或者数值模拟方法预测Z形截面型材拉弯回弹量，即相应拉 弯成形条件下零件引导线回弹前后的偏差量，根据预测结果的偏差量反向修正，迭代计算， 实现拉弯模具回弹补偿设计即根据修正后的引导线生成回弹补偿后的拉弯模具型面，并增 加常规拉弯模具的工艺特征，如分块设计，辅助装置，得到拉弯用模具数模，并完成拉弯模 具制造。
[0027] 第二步，型材热处理。所提供Z形截面型材为2024铝合金O态挤压型材，成形零 件的要求为T状态，因此，需要对2024铝合金O态挤压型材进行热处理淬火为W态挤压型 材，即新淬火状态，然后拉弯成形，再时效得到T状态挤压型材，2024铝合金热处理采用盐 酸池进行加热至493°C并保温30分钟，然后在3秒时间内迅速转移至水冷池得到W状态，W 状态进行拉弯成形的优势在于，W状态的材料软，成形力小，回弹小，若到达T状态再拉弯成 形，回弹较大，不易控制。
[0028] 第三步，安装模具并设定拉弯机参数。模具安装需要按照机床手册要求正确放置 模具位置，调节模具有效位置的合理间隙，模具高度调节与拉弯夹头高度匹配，并检查模具 安装合理性及机床成形能力，保证设备安全。所述的拉弯机参数（设置参数与第一步回弹 预测时采用工艺参数一致）为：摆臂速度为I. 3度/秒，拉伸缸速度为0. 4inch/s ;紧贴力 为3吨，预拉伸量为9mm，补拉伸量为60mm，并完成数控拉弯机的数据代码采集（用于自动 完成拉弯过程拉伸缸的伸长与转臂转动量的协调），始终保持所设定的拉弯机参数。
[0029] 第四步，一次拉弯成形。按设置参数拉紧淬火后挤压型材，消除热处理造成的变 形，预拉伸，按设置参数拉伸型材，用于消除拉弯过程型材内层起皱，拉弯，注意工件贴模情 况，初次成形需要适当修改弯曲极限设置保证零件完全贴模，补拉伸，机床根据设置的补拉 伸量使型材达到足够的轴向拉力，达到减小拉弯回弹的效果，成形结束后卸载拉弯零件，从 拉弯夹钳中取出零件。另外，热处理后的零件需要在30min内完成拉弯成形，否则需要放置 于冰箱中等待成形。
[0030] 第五步，精度测量并调整工艺参数后进行第四步操作，直到得到理想的零件外形。 由于拉弯成形工艺参数较多，回弹量受多个参数影响，当零件达不到制造要求，可以适当增 加补拉量大小，甚至修改机床的数控代码，直到成形质量满足要求。
[0031] 一种用于上述方法的拉弯模具，包括上挡板2、靠模1、下挡板3,所述靠模1和下 挡板3呈半圆形，上挡板2呈圆弧形，材料均为45号钢，靠模1和下挡板3结构相似，下挡 板3的外轮廓尺寸大于靠模1的外轮廓尺寸。沿着靠模1的直外轮廓向内偏移30_，分布 8个安装紧固螺栓9的阶梯孔4,用于紧固靠模1和下挡板3。沿着靠模1的直外轮廓向内 偏移131_，分布4个大的减轻孔5,用于减轻模具整体重量。沿着靠模1的直外轮廓向内 偏移150mm，分布2个定位孔6,在模具安装时起定位作用。在靠模1的对称中心线的两侧 分布四个吊装孔7,安装吊环后用于模具整体的搬运，在靠模1的对称中心线处分布一个减 轻孔5。沿着靠模1的圆弧形外轮廓向内偏移分布10个安装紧固螺栓9的阶梯孔4,用于 紧固安装工件8后的靠模1和上挡板2。靠模1上的其他圆孔为工艺孔。
[0032] 关于解析计算或者数值模拟方法预测Z形截面型材拉弯回弹量的说明如下：
[0033] 1、解析计算过程：拉弯是指工件在弯曲的同时加以切向拉力，改变工件截面内的 应力状态的一种型材弯曲工艺，即在型材预拉伸至材料屈服极限时加载弯曲并保持一定的 轴向拉力，使之压入模具的型槽内而成形的弯曲过程。其典型工艺过程包括预拉伸、弯曲和 最终拉伸（补拉）三个阶段，如图4所示。
[0034] 拉弯与普通弯曲的区别在于：普通弯曲时中性层基本不变，而拉弯时型材的中性 层内移，甚至内移到型材的内侧或移出内侧表面。
[0035] A-7B数控拉弯机采用拉线传感器记录模具特征型面，数控程序生产的同时确定了 型材拉弯的应变中性层位置。一般情况下，模具特征型面为模具最内层引导线，即型材截面 最内层。假定拉弯成形过程中直线段与弯曲段临界截面的最内层为中性层（也可假定中间 截面为临界截面），结合铝锂合金材料力学性能特征，可得到如图5所示的临界截面应力分 布。
[0036] 临界截面最内层半径为Rn，应变ε η为
[0037] ε η= 〇
[0038] 临界截面任意位置的应变ε可近似为
[0039]
【主权项】
1. 一种用于飞机Z型材的一次拉弯成形方法，其特征步骤如下： 第一步，采用解析计算或者数值模拟方法预测Z形截面型材拉弯回弹量，根据预测结 果进行拉弯模具回弹补偿设计，并完成拉弯模具制造； 第二步，对待成形的Z形截面型材进行热处理，当达到新淬火状态后取出零件，等待成 形； 第三步，设定拉弯机参数，所述的拉弯机参数设定为：摆臂速度为1. 3度/秒，拉伸缸速 度为0. 4 inch/s ;紧贴力为3吨，预拉伸量为9mm，补拉伸量为60mm，拉弯过程中始终保持 所设定的拉弯机参数； 第四步，一次拉弯成形，预拉伸，拉弯，补拉伸，卸载，第二步的热处理后的零件需要在 30min内完成拉弯成形，否则需要放置于冰箱中等待成形； 第五步，精度测量并调整工艺参数后重复第四步操作，直到得到理想的零件外形。
2. -种用于权利要求1所述方法的拉弯模具，其特征在于：包括上挡板、靠模、下挡板， 靠模位于上挡板和下挡板之间，靠模的上表面与上挡板的下表面贴合，靠模的下表面与下 挡板的上表面贴合，所述靠模和下挡板结构相似，在上挡板与靠模之间通过多个紧固螺栓 的连接将型材件压紧，另外在上挡板、靠模和下挡板之间也通过多个紧固螺栓将所述上挡 板、靠模和下挡板连接并固紧。
3. 根据权利要求2所述的一种拉弯模具，其特征在于：在靠模上还分别设有若干减轻 孔、定位孔、吊装孔。
【专利摘要】本发明涉及飞机金属型材拉弯成形领域，具体涉及一种用于飞机Z型材的一次拉弯成形方法。其步骤如下：第一步，采用解析计算或者数值模拟方法预测Z形截面型材拉弯回弹量，根据预测结果进行拉弯模具回弹补偿设计，并完成拉弯模具制造；第二步，对待成形的Z形截面型材进行热处理，当达到新淬火状态后取出零件，等待成形；第三步，设定拉弯机参数；第四步，一次拉弯成形，预拉伸，拉弯，补拉伸，缷载；第五步，精度测量并调整工艺参数后重复第四步操作，直到得到理想的零件外形。本发明提高零件成形质量，减少手工修校量，有效的节省成形时间，缩短产品制造周期，降低成本，本发明中的模具结构简单易于制造，取材使用方便，制造成本低。
【IPC分类】B21D37-10, B21D7-12, B21D7-022
【公开号】CN104722618
【申请号】CN201510098013
【发明人】吴静明
【申请人】江西洪都航空工业集团有限责任公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月5日