1.直线弯边(含弯边上带有下陷,下同)
图4-5所示为直线弯边典型零件。直线弯边成形极限通常用最小弯曲半径表示,直线弯边零件的弯曲半径应大于或等于最小弯曲半径。为保证直边的边缘形状,弯曲变形区之外的直边高度h不应小于两倍料厚t。如果满足不了要求时,可在下料时,在弯边高度上适当加工艺余量,在成形后再切去(见图4-6)。当零件上存在翻边减轻孔、加强窝等结构,而减轻孔、加强窝又采用冲制成形时,压型模上需对已成形部位开出躲避结构。两个相邻弯边交界处或有弯边与无弯边的相接处,应有防止零件橡皮液压成形时被扯裂的止裂孔(见图4-7),止裂孔的直径大小一般应不小于两倍的材料厚度。
图4-5 直线弯边典型零件示意图
图4-6 直线弯边零件弯边直线高度要求示意图
直线弯边零件成形从变形性质来看属于普通的弯曲成形,此类零件多按展开样板下料,仔细去除毛刺后,直接橡皮液压成形。
图4-7 带止裂孔零件示意图
直线弯边橡皮液压成形过程一般分两个阶段:
1)将零件的展开坯料平稳地放置在所需的压型模具上,通过两个以上的带帽销钉与模具固定牢靠,防止零件窜动,如图4-8所示。在零件上覆盖合适厚度的橡皮,完成橡皮液压成形前的准备工作。
图4-8 直弯边零件橡皮液压成形前的准备工作示意图
2)在橡皮囊或橡皮容框较高压力的作用下,覆盖橡皮将零件展开坯料的悬空部分沿模具进行折弯,然后再逐渐使之与压型模贴合,橡皮液压成形过程一般需3~5min的保压时间,如图4-9所示。
图4-9 直弯边零件橡皮液压成形示意图
成形过程中需要注意的是:当零件腹板面的宽度等于或小于零件弯边高度时,橡皮成形时应带盖板,防止材料向弯边方向拉扯力量太大,而导致零件腹板面外形超差,如图4-10所示。
2.凸曲线弯边
凸曲线弯边典型零件及其展开外形,如图4-11和图4-12所示,坯料的外形曲线比零件轮廓的长度大,因此,成形过程中弯边区域坯料很可能会因收缩变形太大而起皱,情况和无压边圈的拉深成形相似。凸曲线弯边零件的成形极限是指弯边部分不产生皱褶的最大变形程度。凸曲线弯边成形极限的大小与板材种类、性能、状态、厚度、成形的单位压力、成形温度、橡皮硬度等有关。极限弯边系数通常用K凸表示,见表4-3。
图4-10 较高直弯边零件橡皮液压成形示意图
图4-11 凸曲线弯边典型零件示意图
凸曲线弯边系数K的计算公式为
K=H/(R零件+H)×100%≈H/R零件×100% (4-1)
式中 K——弯边系数;
R零件——零件平面内曲率半径;
H——弯边高度。
弯边系数要求满足下列条件K≤K凸 (4-2)
图4-12 凸曲线弯边典型零件展开示意图
表4-3 凸曲线弯边极限弯边系数K凸
一般情况下,当零件凸曲线弯边比较平缓且弯边高度小于或等于20mm时,零件橡皮成形过程等同于直线弯边零件,可以一次橡皮成形,图4-13所示为凸曲线弯边零件成形步骤。通常橡皮成形的单位压力越高,凸曲线弯边起皱的可能性和起皱程度就越小。
提高凸曲线弯边零件成形极限的措施:
1)当零件凸弯边曲度较大,可在橡皮成形前对于大曲率部分进行手工预制成形,如图4-14所示。
图4-13 凸弯边零件橡皮液压成形过程示意图
a)放置展开坯料 b)固定盖板及展开坯料 c)橡皮液压成形过程示意 d)成形后的零件示意
图4-14 复杂凸弯边零件手工预成形示意图
2)橡皮成形后手工整修消皱。对于无余量的零件,可用木榔头在压型模或工字形轨铁上敲击修平(见图4-15),为提高表面质量,还可用压型模在液压机上校形;对于带余量的零件,可用木榔头在压型模或轨铁上敲击修平,为避免材料冷作硬化,应增加中间退火,消除内应力;退火零件可在雅高机上收缩弯边,缩边必须均匀,手工修平,切除余量后,再在液压机上校形,使零件贴胎。
3)提高橡皮硬度和相应提高单位成形压力。普通零件的橡皮成形单位成形压力一般设定为7.5~25MPa,为了提高零件一次成形的极限变形程度和减少手工整修工作量,通常采用较高的单位成形压力和邵氏硬度较大的覆盖橡皮。
表4-4给出了飞机生产中常用覆盖橡皮的机械性能参数,其中聚氨酯因其硬度高、耐磨性能好,弹性好、耐油、耐溶剂等优点,逐渐受到航空业的青睐,并且在橡皮成形中大量的使用。实践证明采用硬度高的聚氨酯可以有效地增加零件的贴胎程度。但聚氨酯也有其不足,就是耐热老化性能差,使用寿命短。
图4-15 凸弯边零件成形后 手工消皱示意图
4)采用硬度和刚度都较大的辅助成形块提高局部压力,其中以塑料盖最为简便,如图4-16所示。用6~12mm厚的聚氯乙烯塑料板作为压盖,将其加热到120℃,放在套有零件的压型模上用橡皮加压使其成形,冷却后修边便可使用。(www.xing528.com)
表4-4 常用覆盖橡皮的机械性能参数
图4-16 凸弯边零件利用塑料压盖消皱示意图
5)采用带防皱块的模具,其中带侧压块模具是控制起皱的一种常用方法。图4-17所示为一带侧压块的模具,板料在橡皮压力的作用下首先发生弯曲,然后沿侧压块的斜面下滑,按照1~5的形状一步一步地被压靠在模具上。侧压块增大了凸弯边材料变形的拉应力,使原来只受压应力的弯边材料得到缓冲,因而不存在失稳起皱的临界高度问题,从而优化了整个成形过程中材料的塑性变形,有效地提高了成形极限。影响侧压块的因素很多,如图4-17中的尺寸b和w,以及坯料大小、厚度、压力、覆盖橡皮等。
图4-17 侧压块防皱原理
6)有一种带刚性的校正块模具,多用于成形材料厚、硬度大、弯边高的凸曲线零件。如图4-18所示,此种成形模具侧面设置有挡块,挡块内侧面与零件弯边弧度保持一致,零件坯料先由加挡块的成形模橡皮成形,此时挡块、成形模以及覆盖橡皮三者间形成一个封闭的楔形空腔,当空腔中的侧向压力达到一定数值可以缓解弯边失稳起皱、改善弯边贴模的情况;再用刚性校正块进行二次成形,校正块在橡皮的作用下下行,使空腔中的局部压力得到加强,从而压平弯边皱折。
7)采用刚性凹模成形,凸缘是在被橡皮压住的情况下成形的,橡皮起了通用凸模和压边圈的双重作用,适用于浅压延件。
8)有些零件允许将皱纹保留于零件弯边上,这种有控制的皱纹称为花槽,航标HB 0-19-1983,HB 0-20-1983规定了花槽的几何形状,如图4-19所示。
3.凹曲线弯边
凹曲线弯边典型零件及其展开外形如图4-20和图4-21所示,坯料的轮廓长度小于成形后零件的轮廓长度,因此成形过程中弯边区域坯料受到拉伸,容易产生裂纹,情况和翻边成形相似。凹曲线弯边成形极限是指弯边部分在一次弯边成形过程中,不产生破裂的最大变形程度。凹曲线弯边成形极限的大小与板材种类、性能、状态、厚度、成形的单位压力、坯料边缘的表面粗糙度及冷作硬化程度、弯边高度等有关。极限弯边系数通常用K凹表示,见表4-5。
图4-18 校正块模具防皱原理
图4-19 零件花槽结构
图4-20 凹曲线弯边典型零件示意图
图4-21 凹曲线弯边典型零件展开示意图
通常凹曲线弯边系数K的计算公式为K=H/(R零件-H)×100% (4-3)
式中 K——弯边系数;
R零件——零件平面内曲率半径;
H——弯边高度。
弯边系数要求满足下列条件K≤K凹 (4-4)
表4-5 凹曲线弯边极限弯边系数K凹
一般情况下,当零件凹曲线弯边比较平缓且弯边高度小于或等于20mm时,零件的成形过程等同于直弯边零件,可以一次橡皮液压成形。但当零件弯边系数超过材料极限伸长率,或者零件曲率半径小、弯边曲率不断变化时,原则上应分次成形或预先手工局部成形,然后再液压校形。
采用如图4-22a所示带有衬圈的或如图4-22b所示可储料的模具结构,对凹曲线弯边零件进行多次成形,可以提高凹弯边的成形极限。
图4-22 特殊凹弯边零件模具示意图
a)有衬圈的模具 b)储料形式
4.凸凹曲线弯边
凸凹曲线典型零件如图4-23所示。此类零件又可依据弯边方向的不同,分为同向弯边零件和异向弯边零件。零件弯边部分材料同时兼顾着“收、放”变形,一个弯边受压应力,另一个弯边受拉应力。对于弯边同向且没有加强弯边结构的零件,可以采用一次橡皮液压成形。而对于异向弯边或带有加强弯边的同向弯边零件,必须采用两套或者两套以上的不同的模具进行多次橡皮液压成形。其中成形后道弯边所用的模具必须对已成形部分制出躲避结构,如图4-24所示。
图4-23 凸凹曲线典型零件示意图
图4-24 凸凹曲线典型零件橡皮液压成形示意图
a)利用压型模Ⅰ成形一侧弯边 b)利用压型模Ⅱ成形另一侧弯边
5.其他形状零件的橡皮液压成形
1)减轻孔成形工艺要求 预制孔周边断面应砂光并去毛刺,成形前零件坯料应是退火状态或新淬火状态,对变形率较小的翻边孔可采用橡皮压制60°弯边。
2)加强窝成形工艺要求 压窝深度应在极限范围内,采用凹模成形,当边距较小时应采用加压板或放大坯料等方法,对较大的加强窝在模腔底部开排气孔。
3)下陷成形工艺要求 弯曲半径r应大于或等于最小弯曲半径;对于铝合金板材的过渡区长度L应符合HB 0-21-83的规定,为避免成形后手工修整,可采用局部模块加压;下陷不允许反复压制成形。
4)加强梗成形工艺要求 宜采用凹模成形,在一个零件上有几个平行的加强梗,而且材料厚度又薄(t≤0.6mm)时,应加压边圈,坯料应是新淬火状态并经多辊校平机校平,成形后不再修整。对于在一个零件上有几个平行的加强梗而料厚大于0.6mm,梗的深度较深,一次成形困难可分两次成形,第一次预成形,然后再淬火于时效期内进行第二次成形,必要时可加压板。
5)展开(试)样板的制作 当钣金零件外形有曲率较大的凸弯边或凹弯边时,由于零件材料收缩或拉伸变形剧烈,展开样板很难计算准确,应采用退火状态铝板下坯料制取一件合格零件后,将局部收缩或拉伸部位拍平并展开,作为取制展开件的依据,按制取的展开件来成形零件,根据成形零件的结果修正下一个展开件,经几次试压后,直至成形出合格零件时,就将最终确定下来的展开件复制成展开试压件,按此展开试压件制造的样板就可以用于正式生产了。
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