鋁質板雙曲冷加工的新方法

摘 要：本文介紹了在某產品建造過程中難以加工的雙曲鋁板加工方法，并以導流罩為例，通過實際改造設備和制作工模，探究工藝流程、最終加工成型的過程。

關鍵詞：鋁質雙曲板；導流罩；工模；冷加工

中圖分類號：U665.1 文獻標識碼：A

1 前言

我公司建造的某特種船舶由于船體零件大部分為鋁質，由于鋁的熔點只有660℃，熱加工當金屬溫度達到或超過低熔點共晶溫度時容易產生過燒現象。過燒嚴重時表面呈現明顯的氧化色、密集小泡，顯微組織中出現晶界加粗或晶內出現復熔共晶球，所以在加工雙曲鋁板時不能采用傳統的鋼質加工工藝，先進行單曲率的冷加工然后進行水火彎板進行雙曲加工。所以雙曲鋁板加工就成為一個擺在某船建造過程中的難題，因此探討鋁質雙曲板的加工方法就顯得非常有意義。

2 設計原理和思路

1）由于某產品導流罩曲線復雜，曲率變化大，且鋁板容易在工序中產生擦、劃傷等缺陷，結合生產實際需求決定采取一次成型冷壓技術。這就要求冷加工精度必須提高，而現有的160t油壓機精度和靈活度不能完全滿足生產需要，故首先需對油壓機進行改造以滿足生產需要；

2）對難加工的雙曲板導流罩進行數學放樣，將雙曲板展開后進行相應的工模制作；

3）精度誤差分析。對加工過程中可能產生的各種誤差進行誤差分析，通過對各環節誤差分析結果進行過程控制，確保最后加工的成品符合精度和工藝要求；

4）將工模與改造后的油壓機進行匹配試驗，并應用自己設計的易取易裝簡易裝置進行試加工，符合精度要求后進行正式加工。

3 實施步驟

3.1 油壓機的改造

1）手動操縱桿改為電動控制平臺

改造前，通過操縱手柄的往復運動，控制液壓油路的流量，達到增加或降低冷加工壓力的目的。該方式存在諸多弊端：

① 采取機械控制，使用時間稍長，零部件很容易產生漏油，維護困難，且影響油壓機的壓力穩定性，時常達不到額定工作壓力；

② 采取機械零件進行壓力控制，動力傳輸速度較慢，生產過程中的壓力轉換等待時間長，難以提高冷加工的生產效率；

③ 利用機械手柄操縱，手柄的位置必須固定在設備的一側，無法隨生產的需要進行移動，當需要加工一些比較大的零件的時候，會產生一個“角度盲區”，無法觀察到零件的加工情況，既影響工作效率，又存在一定的質量和安全隱患。

改造后，手動操縱桿改為電動控制平臺，上述問題都迎刃而解。電動控制平臺，維護方便，不存在漏油情況，控制速度快，生產效率和精度得到了保證。

2）液壓箱及其管路改造

改造前，液壓箱及其管路全部在160t油壓機的主缸頂部，存在以下幾方面的不足：

① 維修困難，一旦發生故障，爬上爬下，存在安全隱患；

② 保養困難，液壓管路需要每天進行擦拭、維護，在設備頂部維護起來非常不方便，且存在安全隱患；

③ 閥件、接頭、儀表等位置容易飛落灰塵，由于在設備頂部，不能及時進行清除、擦拭，是造成設備故障、影響設備使用壽命的重要因素。

改造后，將主缸頂部改到地面，容易操作，設備保養、維護、維修比以前方便了，所以故障也就少了，既保證設備的使用壽命，又大大提高了冷加工的生產效率。

3）主缸活塞圈改為Y型活塞圈

改造前，主缸活塞圈為O型，必須是耐油、耐磨型的，但是在使用過程中，仍然時常由于磨損造成漏油、不暢而發生故障，給維護、保養帶來了較大的難度，同時也影響生產效率的穩定和提高。

改為Y型后，這一問題得到了較好的解決。首先，Y型圈耐油、耐磨性更好，同樣的材料，由于運動順暢，磨損減輕了很多；又因為磨損減輕、與缸壁的接觸面積更大，所以漏油情況就大大減少了，對連續生產、保證冷加工的生產效率是非常有益的。

3.2 導流罩的數學放樣

利用藍圖數據將導流罩線形視圖畫出，根據機械制圖原理和SPD數學計算機放樣技術，導流罩雙曲板展開獲得縱向和橫向線形，將每個剖面線形進行木卡制作，屆時將用木卡檢驗模具自身的線形。

3.3 精度誤差分析

加工過程中產生的精度誤差，主要有幾點：

1）油壓機的操控誤差

加工過程中主要是通過油壓機和自制的工模完成的。因此，油壓機操作的誤差對鋁板冷加工精度影響較大，故對油壓機進行改造是很有必要的。

2）模具的幾何誤差

模具誤差對鋁板冷加工精度的影響也是很大的。采用壓角模具加工時，模具的磨損會直接影響外板的加工精度，且上下模具大小和線形直接決定鋁板加工大小和線形。因此，采用等離子切割機數控下料，將切割精度控制在2mm范圍內。

3）樣板變形產生的誤差

由于樣板的制作都是由人工進行手工制作的，因此其本身就不可避免存在誤差，并且由于樣板的長期使用，使樣板受到磨損而影響其精度，從而使產品的加工精度降低。因此要求現場作業人員在操作過程中要做到輕拿輕放，妥善保管樣板，對于經常使用的樣板進行精度報驗，從而減少人為因素對精度的影響。

4）工藝系統受力變形產生的誤差

加工過程中由于鋁板剛度相對于油壓機、模具來說比較低，在壓力的作用下，鋁板由于剛度不足而引起的變形對加工精度的影響就比較大。因為變形與載荷不成線性關系，加載曲線和卸載曲線不重合，卸載曲線滯后于加載曲線。兩曲線線間所包容的面積就是加載和卸載循環中所損耗的能量，它消耗了摩擦力所做的功和接觸變形功。第一次卸載后，變形恢復不到第一次加載的起點，這說明有殘余變形存在，經多次加載卸載后，加載曲線起點才和卸載曲線終點重合，殘余變形才逐漸減小到零。

3.4 工模制作和安裝

根據放樣出來的線形以及結合改造后的160t油壓機的機械特性，需制作出模具更換快，加工精度高的工模方能滿足現場需求。

機械工模分為上模與底模。由于是雙曲性質，上模和底模同時決定著加工件的形狀，所以模具首先是從現場和放樣數據進行分析，且要考慮機械本身能所承受的壓力和下面幾點因素來制作。

1）根據機械本身的上下限及寬度和加工件的長寬度，初步判斷工模長寬高并繪出草圖（在這里還需要考慮操作人員的安全站位與視線不被阻礙）；

2）根據加工件的力學性能（這里主要用于加工鋁質零件），制定出所需工模材料的厚度，經計算得出需要至少20mm板厚的鋼板才能滿足；

3）為降低成本，本工模制作全部選取適當大小的余廢料，按照放樣得出的展開圖進行數控鋼板切割；

4）切割后的模具橫向線形進行冷壓加工，縱向線形水火彎板加工，多次反復直至符合木卡精度要求為止；

5）將加工好的模具采用橫骨架式肋板結構焊接成一體，增加模具剛度和強度；

6）采用螺桿連接方式將上模與油壓機上壓板連接，底模用螺桿與底座進行連接緊固好，至此，上模和底模安裝完畢。

4 現場實際應用

將制作好的工模用快速拆裝螺桿與改造后的160t油壓機連接，現場進行工模實際貼合試驗，所加工的試驗板縱向和橫向曲線線形都符合精度要求，最大線形離空不超過2mm，而且裝卸工模方便靈活，改造后的電控平臺操作簡單，反應迅速，完全能滿足現場生產需要。最后進行實際鋁板導流罩加工，加工過程一次成型，板厚壓制均勻無折痕，線形過渡自然，符合精度和工藝要求，如圖1。

5 結束語

通過對導流罩雙曲板加工方式的研究和實際應用，不僅在生產上及時高效解決了某產品復雜零件的加工，保證了生產周期，圓滿完成了加工任務，而且在鋁質產品加工方式上摸索出一條新的工藝方法，為后續更為復雜的鋁質產品船積累了相關經驗，為探索和優化先進工藝奠定了堅實的基礎。