凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装及复合成形工艺的制作方法

本发明属于钣金件成形制造技术领域，特别是涉及一种凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装及复合成形工艺。

背景技术：

蒙皮拉伸成形是航空制造领域典型的板材成形方法，主要用于生产构成飞机气动外形的大型蒙皮类制件，其工艺过程为：先将位于板材两侧的夹钳将板材夹紧，然后通过夹钳的包覆拉伸运动或拉形模具垂直向上顶升运动，使板材逐渐贴合到拉形模具表面并发生拉伸变形以得到最终的形状。拉形工艺的特点是在板材弯曲的同时加切向拉力，使板材剖面内的应力趋于均匀一致并减小弯曲变形产生的弯矩，所以拉形工艺回弹较小，成形件精度较高，被广泛用于对成形质量要求较高的飞机蒙皮类制件的制造中。

蒙皮拉伸成形属薄板类成形，主要通过拉伸设备的钳口对拉伸毛料施加拉力和弯矩的运动，使毛料与拉伸成形工装的贴合面逐步扩展，并最终完全贴合的成形方法。蒙皮拉伸成形过程比其他类型的成形过程复杂的多，它涉及拉、弯、扭复合加载动作及其组合，并同时受到材料性能、材料变形趋势、拉伸成型方式、设备运行参数等的影响。

在凸凹多曲率类飞机蒙皮制件时，多采用蒙拉成形、落压成形、手工敲打制造或采用将制件一分为二(或分割为多个)等传统成形工艺，避开凸凹难成形处的局部特征，然后再将两个或多个成形制件通过焊接连接为图纸所需形状的凸凹多曲率蒙皮制件。采用传统成形方式制作的凸凹多曲率蒙皮制件与通过复合成形整体加工的制件相比，其结构整体性较差，影响制件整体强度和刚度；同时需要额外增加连接框，加大了制件的定位难度，生产效率低、需耗费人工安装等不必要的工时。

在加工凸凹多曲率类飞机蒙皮制件7时(如图7所示)，由于制件具有凸凹多曲率特征，无法采用蒙拉工艺成形，也无法通过蒙拉过程中增加上压模来成形。这时，就会考虑采用充液成形技术来成形制件，但如果仅通过充液成形工艺对于成形脊部特征需要很大的成形压力，这就需要很大吨位的液压设备，而且回弹问题也会比较突出，甚至在脊部成形过程中容易出现起皱等缺陷。

技术实现要素：

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装及复合成形工艺。

采用该工艺利用蒙皮拉形技术可以克服脊部回弹和起皱问题，对于凸凹多曲率类飞机蒙皮制件先通过蒙皮拉伸成形脊部特征，而对于两侧部位凸凹多曲率特征通过板材充液成形工艺成形，降低凸凹多曲率特征制件的成形难度，提高制件的成形精度、表面质量和制件结构刚性(整体性)。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装，其特征在于：包括上模板、凸模、凹模和密封圈，所述凹模内制有呈倒人字形的模腔并通过螺钉与上模板连接，所述凸模是由压板和与压板成一体的立筋构成，在凸模立筋的头部制有与制件脊部相吻合的型面，所述凸模置于凹模的模腔内并通过定位销与上模板固接，在凸模压板与凹模相接触部位设有密封圈。

本发明还可以采用如下技术方案：

所述凹模与上模板通过导向套和导向销定位。

所述凸模的压板上制有多个充液孔。

采用凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装的凸凹多曲率类飞机蒙皮制件复合成形工艺，其特征在于：包括如下步骤：

S1、蒙拉成型，

(1)、首先将凸模与蒙皮拉伸机模具工作台相连接，通过螺钉进行预紧，再将凸模型面擦干净，涂抹上润滑油；

(2)、下料，按照凸模宽度方向的尺寸设定板料宽度尺寸，设定的板料宽度尺寸与凸模宽度尺寸的宽度比为110-100，使板料长度保证在充液合模时大于凸模密封面的长度，同时要留出钳口夹紧长度；

(3)、预调整蒙皮拉伸机的钳头角度、钳口俯仰角度和托架旋转角度，所述钳头角度为0-15°，所述钳口的俯仰角度为0-60°，所述托架的旋转角度为±15°；

(4)、安装板料，先将板料放置在凸模上，将蒙皮拉伸机模具工作台调整0-15°；

(5)、夹持板料，通过蒙皮拉伸机钳头的钳口夹紧板料的两端，调整凸模的上下或左右位置和角度，该角度是以蒙皮拉伸机模具工作台的中心为旋转中心，可水平方向成一定角度，以便保证钳口在拉伸板料时，板料能够完全覆盖在凸模的型面部分；

(6)、终调整蒙皮拉伸机的钳头角度、钳口俯仰角度和托架旋转角度，所述钳头角度为5-10°，所述钳口的俯仰角度为10-30°，所述托架的旋转角度为±7°；

(7)、板料蒙拉预成形，通过蒙皮拉伸机的左拉伸缸和右拉伸缸对板料进行拉伸，使板料完全贴敷在凸模的型面上，同时还要保证板料留有一定的变形量；

(8)、对蒙拉预成形的板料进行热处理；

(9)、板料蒙拉终成形，板料经热处理后，需要对板料进行蒙拉终成形以保证制件能够贴合在凸模型面上，并保证在充液合模后制件不会起皱；

(10)、将蒙拉终成形后的制件进行切边，以便保证在充液合模过程中不会出现多余的边料与凹模发生干涉；

S2、充液成形，

(1)、合模预成形，将切除多余边料的制件放置到凹模倒人字形的模腔中，然后通过液压胀形机向凹模倒人字形的模腔中注入高压液体20-30MPa，给予6000-10000T的合模力和预成形压力，并通过密封圈将凹模中的液体密封住；

(2)、充液终成形，通过液压胀形机产生20-30MPa的液体压力对制件进行高压胀形，最终获得所需制件的凸凹多曲类整体型面；

(3)、制件成形后，在凹模的非零件型面区域配打制件定位孔，以解决后续数控切边工序中制件的定位问题；

(4)、对最终成型制件进行切边。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，即利用蒙皮拉伸成形与充液成形技术的有机结合，来实现凸凹多曲率制件的成形加工，充液成形技术突破了传统蒙拉工艺不能成形凸凹多曲率制件和具有负角的制件，而且成形后的制件表面质量高，避免在制件上产生划痕，降低凸凹多曲率特征制件的成形难度，提高制件的成形精度，对于对表面质量要求高的蒙皮制件优势非常显著。这样不仅可保证蒙皮部件的整体性，减少蒙皮制件的分割数量，增加蒙皮制件的整体强度和刚度；而且还可简化凸凹多曲率类飞机蒙皮制件的工艺和降低加工难度，最大限度地利用材料的塑形成形极限，有效地提高了生产效率，大幅度降低了生产成本，迅速提升了塑性加工领域中板金件的制造水平，本成形用工装和成型工艺可广泛的应用于宇航、汽车等工业领域。

附图说明

图1是本发明蒙拉成形步骤中工装与蒙拉模具工作台的装配主视图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本发明充液成形步骤中工装的装配主视图；

图5是图4的俯视图；

图6是图4的B-B视图；

图7是凸凹多曲率类飞机蒙皮制件结构示意图。

图中：1、凸模；1-1、充液孔；2、蒙拉模具工作台；3、上模板；4、导向套；5、导向销；6、凹模；7、凸凹多曲率类飞机蒙皮制件；8、定位销；9、密封圈。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1-图6，一种凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装，包括上模板3、凸模1、凹模6和密封圈9，所述凹模内制有呈倒人字形的模腔，通过螺钉与上模板连接，并通过导向套4和导向销5与上模板导向定位，所述导向销5与凹模6为过渡配合。所述凸模是由压板和与压板成一体的立筋构成，在凸模立筋的头部制有与制件脊部相吻合的型面，在蒙拉成形过程中，所述凸模1通过紧固件固定在蒙拉模具工作台2上，以防止在蒙拉成形过程中凸模1出现蹿动。在充液成形过程中，所述凸模置于凹模的模腔内并通过定位销8固定在上模板3上，在凸模压板与凹模相接触部位设有密封圈9。

本实施例中，所述凸模的压板上制有多个充液孔1-1。

采用凸凹多曲率类飞机蒙皮制件成形用工装的凸凹多曲率类飞机蒙皮制件复合成形工艺，包括如下步骤：

S1、蒙拉成型，

(1)、首先将凸模1与蒙皮拉伸机模具工作台2相连接，通过螺钉进行预紧，再将凸模型面擦干净，涂抹上润滑油。

(2)、下料，按照凸模宽度方向的尺寸设定板料宽度尺寸，设定的板料宽度尺寸与凸模宽度尺寸的宽度比为110-100，使板料长度保证在充液合模时大于凸模密封面的长度，同时要留出钳口夹紧长度。

(3)、预调整蒙皮拉伸机的钳头角度、钳口俯仰角度和托架旋转角度，调整到合适的位置保证能够顺利的安装板料。所述钳头角度为0-15°，所述钳口的俯仰角度为0-60°，所述托架的旋转角度为±15°。

(4)、安装板料，先将板料放置在凸模上，将蒙皮拉伸机模具工作台调整0-15°。

(5)、夹持板料，通过蒙皮拉伸机钳头的钳口夹紧板料的两端，调整凸模的上下或左右位置和角度，该角度是以蒙皮拉伸机模具工作台的中心为旋转中心，可水平方向成一定角度，以便保证钳口在拉伸板料时，板料能够完全覆盖在凸模的型面部分。

(6)、终调整蒙皮拉伸机的钳头角度、钳口俯仰角度和托架旋转角度，所述钳头角度为5-10°，所述钳口的俯仰角度为10-30°，所述托架的旋转角度为±7°。

(7)、板料蒙拉预成形，通过蒙皮拉伸机的左拉伸缸和右拉伸缸对板料进行拉伸，使板料完全贴敷在凸模的型面上，同时还要保证板料留有一定的变形量。由于板料的厚度、材质不同，坯料的变形量也是不一样的，本实施例中，例如材质2B06，厚度2.2mm铝合金板料总的变形量控制在15％以内，变形量过大会导致制件粗晶，影响制件的疲劳强度，变形量过小则会导致制件回弹，出现不贴模状态。

(8)、对蒙拉预成形的板料进行热处理；根据理论计算制件成形后减薄率超过10％后需要在成形过程中进行中间热处理以消除制件内应力提高塑形，例如对材质2B06，厚度2.2mm铝合金板料进行淬火，其热处理淬火温度控制在500-508℃，热处理的时间为34-40min，然后5-7s内入水。

(9)、板料蒙拉终成形，板料经热处理后，需要对板料进行蒙拉终成形以保证制件能够贴合在凸模型面上，并保证在充液合模后制件不会起皱。

(10)、将蒙拉终成形后的制件进行切边，以便保证在充液合模过程中不会出现多余的边料与凹模发生干涉。

S2、充液成形，

(1)、合模预成形，将切除多余边料的制件放置到凹模倒人字形的模腔中，然后通过液压胀形机向凹模倒人字形的模腔中注入高压液体20-30MPa，给予6000-10000T的合模力和预成形压力，并通过密封圈将凹模中的液体密封住。

(2)、充液终成形，通过液压胀形机产生20-30MPa的液体压力对制件进行高压胀形，最终获得所需制件的凸凹多曲类整体型面。

(3)、制件成形后，在凹模的非零件型面区域配打制件定位孔，以解决后续数控切边工序中制件的定位问题。

(4)、对最终成型制件进行切边。

本发明附图中描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。