飞机应急舱门挡圈零件拉弯成形研究

飞机应急舱门挡圈零件拉弯成形研究

王顺红

中航西安飞机工业集团股份有限公司     710089

摘要：针对飞机应急舱门挡圈型材为异形截面的几何特点，结合零件成形过程的分析，研究对复杂异形截面，小尺寸的典型异型材应急舱门挡圈零件的高效和高质量制造，提出了以拉弯成形为核心制造技术，根据应用目标对成形工装设计了从分析、实施到应用的方案，结果表明零件外形、弯边角度、高度偏差均在精度要求范围之内，可实现舱门挡圈零件的高质量成形。同时，通过本文的论述，使我们能更深刻的了解典型异型材应急舱门挡圈零件采用填充芯模拉弯成形对产品高质量的重大意义。

关键词：复杂异形截面；型材拉弯；回弹；填充芯模；舱门挡圈零件

一引言

型材拉弯成形工艺在航空、航天以及汽车、高铁上的型材弯曲件的制造中得到了广泛的应用，好多骨架零件都采用了型材框，如框缘、缘条等，由于选用的型材截面和零件曲率变化多种多样。因此型材的拉弯成形技术的研究对提高拉弯件的质量和加速拉弯件的工艺技术国产化进程有着十分重要的意义。拉弯在工业生产中是一种重要的成形工艺，用于制造尺寸大、外形准确度要求较高、相对弯曲半径大的变曲率挤压和板弯型材的弯曲成形。

应急舱门挡圈型材位于飞机应急舱门与门框之间，主要用于固定应急舱门的密封橡胶条并起密封作用，同时保证舱门与门框的配合作用，其成形精度直接影响机身气动外形及结构受力情况。因此，生产中采用填充芯模拉弯成形的方法制造此类零件。采用精准的拉弯模具设计及制造与经验数值相结合的方法，减少拉弯成形过程的回弹问题，可以有效减少试验成本和制造周期，可实现舱门挡圈零件的高质量成形。

二零件基本信息

本文研究的型材零件弯曲弧度呈“门”形，为双曲度的异形截面型材零件，如图1 所示，是保证门与门盆形件之间密封性能的关键件。

图1                                               图2

该零件材料为2024-O，XCJ343-1-1，型材标准为AMS-QQ-A-200/3，长度为1500mm，该零件属于典型的双曲率零件，其成形难点和过程控制点主要表现如下：

1、零件截面复杂，是典型的异型材，零件截面尺寸小，型材厚度为2.54mm，型材角度大（为116.5º），如图2示。

2、该零件分别与机身门理论外形平行的面和门盆形件理论外形面贴合，零件主要成形面为开斜角，且角度为116.5º，不同于常规的直角零件。

3、零件的外侧面上许多缺口台阶的铣切

4、零件的底面（即与机身门理论外形平行的面）上有6个φ3.2的孔大。

5、容差要求：

挤压型材零件对检验模的容差分配：与机身蒙皮理论外形平行面部分贴胎为-0.5mm～0mm；角度容差±30'；工程图纸要求，与门框盆形件理论外形的贴胎间隙为0.1mm。

三 工艺技术难点分析

零件截面复杂，是典型的异型材，零件截面尺寸小，型材厚度为2.54mm，型材角度大（为116.5º）。拉弯过程中，回弹是零件成形精度最主要的影响因素，成形后零件的弧度及角度要求高，既要保证与机身蒙皮理论外形平行面部分贴胎为-0.5mm～0mm；有要保证角度容差±30'，以及工程图纸要求，与门框盆形件理论外形的贴胎间隙为0.1mm，很难控制，很难收工修整，所以拉弯成形工装是关键。

主要技术难点：

1、零件材料的成形性能及热处理。在零件成形流程中合理安排热处理工序，保证材料的最佳成形塑性。

2、零件的弯边高度太小，且型材截面有空腔，拉弯时加载型材的内、外侧面容易产生失稳变形，导致空腔变形，修正难度加大，很难保证零件的理论外形及其轮廓度。

3、拉弯成形模的设计。

⑴拉弯模理论外形的确定，要考虑零件的弯曲回弹量。

⑵材料在拉弯模具中的流动的均匀性。

⑷零件和模具间的摩擦力克服，也就是模具的润滑。

4、拉弯工艺参数的确定。

⑴预拉和补拉后的零件的外形无法满足要求。

⑵材料拉断或拉裂

⑶材料宽度变窄或变薄

5、人工校形。由于零件截面复杂、呈异形，且截面尺寸小，弯曲弧度大，手工成形难度非常大，零件外形流线、平整度很难保证。

四 主要技术难点的解决途径

1、确定正确的工艺方法及加工流程

钣金型材零件弯曲成形方法主要有拉弯、滚弯、压弯三种。

滚弯成形适用于对称的、等曲率型材，但此成型方法精度不高、回弹大、易畸变，不适应加工精度要求高的缘条类零件，很明显不适用滚弯成形。

压弯成形主要用于尺寸较小的弯曲件，通常有专用的弯曲模。如对弧度流线的较长弯曲零件只能使用三点压弯成形法，可以将此方法看作纯弯曲，对异形截面的“门”形零件，由于液压设备的局限性，也不适用。

拉弯成形就是在毛料弯曲的同时加以切向拉力，将毛料截面内的应力分布都变为拉应力，以减少回弹，从而提高零件的准确度。毛料在同时受到拉伸力P和弯曲力M的作用，外层拉应力逐渐加大，内层压应力逐渐减小，直至抵消内层压应力，最终使零件整个厚度上分布的都是拉应力，这样零件卸载后就能基本保持原来的形状，中性层移到材料截面外。拉弯成形后不仅回弹小，随后的去除材料加工引起的零件变形也将微乎其微。拉弯成形适用于外形质量要求高，相对弯曲半径大的变曲率挤压型材。

依据弯曲成形原理，结合挡圈零件双曲度的外形分析，采用拉弯成形出零件的单曲度“门”形零件，进行手工修正成形完成双曲度外形，满足整个零件的弧度，确定了该零件的工艺流程：领料并检查——制周转标识（挂金属标牌）——划等高铣切线H=21mm——铣切——锉修、去毛刺——拉弯——修正——手工成形——清洗零件——固溶热处理从“O”至“T42”——手工成形——划零件外形线及孔位线（按检验模上定位线和外形图划缺口位置线，按检验模孔位置线及尺寸划孔位线）——用风动铣轮铣切——钻孔(7-φ3.2)——锉修、去毛刺——渗透前预清洗——渗透检查——硬度测试——总检——表处。

2、拉弯设备的确定

由于此零件结构尺寸为480mmX480mm，截面复杂，在加工过程中我们还需要选用合适的拉弯设备。即拉弯机的两臂之间的最小尺寸应小于480mm，目前只有A-7B拉弯机的两臂之间最小距离为460mm，再通过计算拉弯所需的拉力：3.25吨

根据计算的拉力以及现有的拉弯设备的能力，可分别选用拉力为80T的A-12B、30T的A-7B、15T的A-6B拉弯机，因此我们选用最接近的拉弯设备A-6B。

3、拉弯成形工装的设计

⑴拉弯模的设计：拉弯模取单曲度并修回弹，在拉弯模上两边按照零件两边之间的距离480mm的2%~3%修回弹量；调整拉弯模工作面的表面粗糙度为0.8um；调整合理的模具间隙为0.2~0.3mm。如图3

图3

⑵拉弯夹头的设计：由于材料截面的复杂，依据型材截面图，特此申请了专用的拉弯夹头1付。

⑶填充芯模的设计：为了防止零件在拉弯成形过程中，零件发生扭曲、截面发生剖变，在拉弯模上配置了铝合金填充芯模一套，芯模宽度在10mm之间，四角棱倒成R3，在中间位置钻两个φ3的孔，用钢丝连起来，并确保和零件一起运动，保证零件不扭曲变形或者截面不剖变。

4、检验工装的设计

由于该零件为双曲度，无法用样板反映出零件的外形，申请一套检验模。如图4

图4

检验模既要保证零件的理论外形要求的检查验收，又要保证图示零件成形后外侧面上的缺口，还要保证零件底面上的φ3.2孔的位置及尺寸精度，在拉弯模的技术条件上，要求工装设计按照产品数模将缺口位置线在检验模的水平型面上标出，并且标出孔的位置，这样在成形时既确保了缺口的位置和尺寸，又保证了孔的位置和尺寸，解决了双曲度零件的缺口和孔无法给出外形样板而无法加工的矛盾。

5、工艺技术参数

在A-6B数控拉弯机上进行拉弯成形，以理论计算得到的拉力和补拉量为参考数据，结合实际情况，运用轨迹线进行拉弯模理论外形的采集，进行拉弯成形过程中，在弯曲的同时进行力的加载，随时运用力的控制和位移的控制来调整拉弯成形。

1在整个成形过程中，充分运用润滑油来减少毛料与模具之间的摩擦力，又利于力的传递，保证零件良好的成形效果。

2随着位移的变化，预拉力在一定范围内增大，可以更好地控制材料的流动以及力的传递，能有效的减少零件的回弹，提高零件的成形精度，预拉力的增加幅度在设备运行时要设置好加速度。

3补拉量对零件的回弹，零件的流线度、平面度等有很大的影响。随着补拉量的增大，能很好的改善零件的贴态效果，保证平面拉弯效果，补拉量的有效控制是关键，否则会产生拉力过大导致零件截面发生畸变，甚至断裂。

五、结束语

通过对应急舱门挡圈零件拉弯成形研究，得出了拉弯成形此类零件的工艺方法、工艺参数，形成了一套完整的工艺性指导文件，制定了完整的检测验收方法，同时对产品的工艺流程、工艺策划、工装设计的各种参数进行了优化验证，解决了此类零件的精确成形，对指导生产有很大的意义。

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