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加强环零件充液成形技术研究

2022-07-21杨湘男中航沈飞民用飞机有限责任公司

锻造与冲压 2022年14期
关键词:成形刚性模具

目前,国内航空钣金成形工艺普遍采用冲压、落压和刚性成形等较为传统的工艺,对于一些型面复杂、精度要求高的零件甚至只能纯手工制造,这些工艺一般精度低、耗时长、稳定性差,无法满足航空钣金零件快速生产的需求,严重制约飞机制造和装配周期。充液成形作为轻量化制造的核心支撑技术之一和先进的柔性成形制造技术,在国外已发展成熟,广泛应用于多个行业,但核心技术仅掌握在极少数公司手中,其对核心技术特别是航空领域的核心工艺严格保密,形成垄断。国内充液成形技术仍处于发展阶段,一些航空航天企业正逐渐重视发展此项技术。

加强环零件研究背景

零件概述及材料简介

某民用飞机的加强环类典型零件如图1 所示,零件轮廓尺寸为

348mm×30.75mm,厚度为0.635mm。此零件的成形难点为底部的筋条特征,以及筋条部位的R1.6mm 圆角。所用材料为GH2132,是Fe-25Ni-15Cr 基高温合金,在650℃以下具有较高的屈服强度、持久强度和蠕变强度,并且有较好的焊接性能和加工塑性,其力学性能如表1 所示。

传统刚性模工艺方法及缺陷

加强环零件采用的材料一般塑性较好,力学性能比较优越。但因一直沿用传统的刚性模工艺,成形过程中极易出现划痕、凹陷和褶皱,而且后期无法完全消除。此零件具体工艺为:下料→刚性模拉深→校形平皱→刚性模胀形→校形平皱→划线切割→校形→移交。

一序刚性模拉深减薄云图如图2 所示,零件厚度分布不均匀,减薄主要集中在底部筋条圆角处,二序再次刚性模胀形时零件筋部极易产生破裂、橘皮等缺陷。

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此零件主要的成形难点是筋部的成形。二序刚性模胀形是凸模进入管坯内腔后,利用锥形芯块将分瓣凸模顶开,使一序零件胀成所需的形状,即成形零件的筋部,如图3 所示。但由于扩口模要分成多瓣,分瓣模撑大前必然导致模具间存在缝隙,缝隙接触零件表面会使成形精度不佳甚至出现划痕、凹陷等缺陷。

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由于模具加工时产生的误差和零件厚度误差,成形时,零件和刚性模具间总会出现间隙,因此,刚性模具需要进行严格的研配,但研配会带来成本的上升和工时的增加。随着对飞机零件质量的要求越来越严格,制造标准越来越高,航空钣金厂需要寻找新的成形工艺来代替原有的落后工艺。

走进国望机械集团有限公司的厂房,放眼望去,直线条的交叠衍生出偌大空间内的一切,窗外透进来的金色的光,同一个个银色的设备相呼应,用颜色与线条碰撞出这个颇具现代化气息的工厂,这就是国望集团给我的初印象——棱角分明,强调规则和纪律。而与公司董事长林国平、总经理林国强的交谈,则让我了解到关于眼前这些现代化更深处的些许。

加强环充液成形工艺分析

充液成形是指采用液态的水、油或粘性物质作为传力介质,代替刚性的凹模或凸模,在传力介质的压力作用下坯料贴靠凸模或凹模而成形的一种工艺。加强环零件采用充液成形工艺进行成形,具体工艺为:下料→充液拉深→划线切割法兰和工艺孔→充液胀形→铣切→移交。从成形工序对比可知,采用充液成形可以减少零件制造工序,从而缩短零件制造周期。

来将通名:伤寒症

⑴一序被动式充液拉深,此工序是以流体作为辅助手段,先在凹模内充满液体,放上拉深坯料,施加一定的压边力,凸模下行进行拉深,同时启动液压系统使液体保持一定的压力,直到拉深结束,分析模型如图4 所示。

被动式充液拉深可通过调整液室压力,使得成形后的零件厚度分布均匀,不会超出零件公差范围,如图5 所示。拉深过程中在凹模液室压力的作用下材料的形状变化比较规则,基本不会产生褶皱。

充液胀形过程中,该零件最难成形处为底部筋条处,液体压力需要足够大才可以成形到位该特征。

充液拉深成形零件回弹比刚性拉深小约0.2mm。针对筒形零件侧壁,由于间隙和回弹等因素,侧壁成形精度需控制在0.5mm 左右,而充液拉深成形可控制在0.2mm 左右,如图6 所示。

降魔圣典:《伤寒杂病论》

对第一序成形后的零件切割法兰和工艺孔,增加坯料的流动性和延展性,如图8 所示,然后密封进行主动式充液胀形(上端采用推头密封圈密封,下端采用橡皮自密封),分析模型如图9 所示,推头不进给,材料自由流动,仅用推头进行密封。

凹模液室的流体介质产生的压力使零件完全贴合在凸模上,充液拉深成形模具无需研配且零件成形精度高,同时带来成本的降低。

战力指数:★★★★★

将充液胀形液压的加载曲线和相关工具设置的行程参数输入有限元分析软件中进行计算,可以获得该零件的减薄云图(图10),零件减薄主要集中在底部

在未完全成形的特征内垫软橡皮,然后再充液挤压,通过直接挤压橡皮来提高零件贴模度。由于充液成形采用柔性传力介质,与零件内侧接触的都是内高压专用乳化液,因此不会产生压痕、划伤等缺陷,所以零件表面质量较刚性成形方式要好得多。

⑵二序采用主动式充液胀形,零件内腔填充柔性(流体)传力介质,通过密封圈或橡皮囊等方式密封,对传力介质增压,使零件扩展成形,如图7 所示。

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御敌神兵:一个饺子引发的一场战“役”

刚性模拉深由于工艺需要,凸凹模之间必然有1.1 ~1.25 倍料厚的间隙,这使得拉深成形后的零件不能完全贴模。

上榜理由:《少年的你》救了全村人的命筋条处,局部最大减薄低于材料成形极限,零件不易破裂,满足零件的成形需求。

零件型面内变形基本为双向拉伸状态,型面变形充分,不会产生起皱破裂趋势,但零件上端有增厚趋势(蓝色区域)。这是因为在充液成形过程中,零件型面处的材料相当于在进行双向拉伸,整个过程基本都处于减薄状态,在此状态下的材料基本不会起皱,如果塑性足够好也不会破裂。在充液成形过程中需要对合模力进行控制,目的是使零件上端的材料能够流动,补充筋部特征内的变形量,从而避免零件成形筋部特征时出现减薄过大发生破裂的风险。柔性传力介质相当于凸模,而合模力可以看作压边力,零件上端受一向拉应力和两向压应力,所以会发生增厚现象,但不会影响零件型面内材料的应力状态。

试验验证

通过有限元分析的方法对充液成形参数计算并进行优化,有效控制了零件的最大减薄量,在满足最大减薄量前提下,提高零件的成形质量,使板料大部分充分变形,进入塑性变形状态,有效减小回弹,并且控制材料的流动方式,从而控制材料的受力状态,避免板料在成形过程中起皱。最后,通过模具加工、试模、现场调试,得到了高表面质量、高精度的合格零件,如图11 所示。

结束语

在传统成形方法的基础上提出充液成形对加强环零件进行工艺改进,并基于有限元分析软件,对加强环零件进行充液成形有限元仿真分析。根据有限元仿真结果,认为该零件采用充液成形方法确实可避免刚性模成形存在的缺陷,提高零件的成形质量。最终通过实际试模,生产出无表面缺陷、高精度的合格零件。

最近,老师布置了一篇关于“未来”的作文。我回家后尽全力写了一篇,发给老师,没想到,竟然不合格。写那篇作文已经用尽了我所有的才华,于是,我思来想去,得到了一个结论——到未来去看看。

充液成形是替代传统的刚性模成形的一种工艺方法,采用柔性物质作为传力介质,与传统模具刚性成形方式相比,有三大优势:

⑴表面质量优势:充液成形能够较精准地控制板料的流动性及延展性,提高复杂曲面零件的成形性,避免起皱、划痕和凹陷等缺陷的产生,消除零件的波纹度。

第二种类型,即“党纪轻处分和组织调整要成为大多数”[2]。这种类型的监督执纪特征:监督、执纪的对象从行为上说是党员情节较轻的违纪行为;监督执纪的手段或方式是党纪轻处分、组织调整;监督执纪运用的理想状态是“大多数”,即这种监督、执纪的党员对象人数是“大多数”,比第一种类型少,但要比第三种类型多。这一形态针对的对象是那些违反“六大纪律”但属情节较轻的党员,处理原则是及早发现、及时处理、即刻纠偏,以防止一些轻违纪行为发展成重违纪行为。

⑵成形精度优势:成形零件能够完全贴合在模具上,可以提高零件表面质量、精度以及产品稳定性。

⑶零件生产效率和成本优势:减少生产制造流程,减少甚至消除人工修整量,大幅度缩短零件的制造周期,同时可以省去研配过程,降低成形成本(包括模具成本、坯料成本和零件制造隐形成本等)。

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