飛機(jī)支架彎曲成型工藝研究

張超/哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

飛機(jī)支架彎曲成型工藝研究

張超/哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

某型機(jī)產(chǎn)品支架，選用材料牌號(hào)/規(guī)格為Z2CN18-10/G25x1的管材，結(jié)構(gòu)上彎曲段多，由11個(gè)彎曲段和10個(gè)直線段組成，且為空間彎曲，形狀復(fù)雜，成形困難，攻關(guān)組從原材料性能及其結(jié)構(gòu)特征分析入手，利用模擬法及坐標(biāo)值法結(jié)合對(duì)此件進(jìn)行研制，取得成功。

彈性模量；彈性回跳角；應(yīng)變剛模量；彎管模；屈服強(qiáng)度

一、前言

某型機(jī)是我公司與國(guó)外某公司合作的新機(jī)型，許多產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上均屬首次生產(chǎn)，本文所述產(chǎn)品支架即為該型機(jī)上支架類產(chǎn)品的一個(gè)典型零件，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形困難，對(duì)此展開了某型機(jī)支架彎曲成形工藝研究。

二、產(chǎn)品技術(shù)要求及工藝分析

（一）產(chǎn)品材料及結(jié)構(gòu)尺寸

1.產(chǎn)品材料。

材料標(biāo)準(zhǔn)：ASNA3041-2876；

材料牌號(hào)Z2CN18-10，規(guī)格G25×1，成形性能較好。

機(jī) 械 性 能 ：σP0.2≥210MPa、500MPa≤Ram≤650 MPa、130≤HRC≤190；

2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸。

圖一 支架產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸圖

由圖一可見，該產(chǎn)品11個(gè)彎曲段，半徑分別為63mm、50mm和100mm。最小的彎曲半徑僅為兩倍管材直徑。

（二）產(chǎn)品制造的關(guān)鍵技術(shù)及制造難點(diǎn)

根據(jù)圖一中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸分析，該產(chǎn)品在制造過(guò)程中主要應(yīng)解決彎曲回彈和半徑過(guò)小的難題，總結(jié)制造難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)如下：

1.兩彎曲段之間直線段過(guò)短。根據(jù)航標(biāo)規(guī)定，該產(chǎn)品理論最小直線段距離為75mm，從側(cè)視圖看，該產(chǎn)品兩個(gè)R50之間的直線段僅為12.5mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論值。該直線段為彎曲成形階段的夾持段，該段過(guò)短，夾緊力不夠，無(wú)法獲得所需形變，增加成形難度；

2.彎曲半徑過(guò)小。航標(biāo)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)的彎曲半徑為管材直徑的3倍，至少應(yīng)為2.5倍，彎曲半徑過(guò)小，管壁外側(cè)易出現(xiàn)裂紋甚至破裂的缺陷，但該產(chǎn)品R50mm的彎曲半徑僅為管材直徑φ25mm的2倍，增加了彎曲成形的難度；

3.彎曲回彈的確定。彎曲回彈，是不能避免的必然現(xiàn)象，而產(chǎn)品的彎曲回彈量，為設(shè)計(jì)彎曲工裝的主要依據(jù)。

三、主要工藝試驗(yàn)及攻關(guān)

彎曲回彈的確定試驗(yàn)：

任何管件的彎曲過(guò)程中都存在著塑性變形和彈性變形，外載荷卸去后，塑性變形保留下來(lái)，彈性變形得以恢復(fù)。因此要準(zhǔn)確確定零件的成形尺寸，必須知道管材的彎曲回彈量。

管材回彈：

彈性回跳角：

σS--材料屈服極限

E--彈性模量

F--應(yīng)變剛模量

ρ′--卸載后中性層殘留彎曲半徑

ρ--加載時(shí)中性層彎曲半徑

D0--管子外徑

do--管子內(nèi)徑

d--管子平均直徑 d=（D0+do）/2

S0--管子壁厚

ρ--加載時(shí)中性層相對(duì)彎曲半徑ρ=ρ/D0

θ--卸載前管子彎曲夾角

Δθ--彈性回跳角

從上面的公式中得知，材料的機(jī)械性能（σs、E、F）、管件的幾何尺寸（D0、d、S0）、回彈角都可以影響管件回彈。上述所示回彈公式為我們?cè)O(shè)計(jì)彎曲工裝提供了依據(jù)。回彈角的大小，與材料種類、軟硬狀態(tài)、紋路方向、模具幾何參數(shù)、彎角大小、彎曲半徑及材料厚度等有關(guān)。雖然一些常見材料的的彎曲回彈值，通過(guò)查找相關(guān)資料能夠直接得出，但由于影響回彈的因素很多，對(duì)一種情況，預(yù)估出很精準(zhǔn)的回彈值是不可能的，在大多數(shù)情況下，預(yù)估出近似的回彈值，并根據(jù)其修理彎曲工裝（一般是減少模具角度或彎曲半徑，或兩者兼用，或采取其它對(duì)消回彈角的模具設(shè)計(jì)）。綜上，對(duì)于該產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，主要的工藝試驗(yàn)為產(chǎn)品彎曲時(shí)回彈值的確定。

四、產(chǎn)品分析及試制

如圖一，支架本身為左右對(duì)稱的彎曲件，我們可以先對(duì)支架產(chǎn)品單側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行成形順序分析。

按照上述分析的產(chǎn)品制造關(guān)鍵點(diǎn)，可將產(chǎn)品單側(cè)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化成以下四步①解決連續(xù)在數(shù)控彎管機(jī)上彎曲的問(wèn)題；②解決彎曲半徑過(guò)小，防止裂紋；③確定工裝的回彈；④解決直線段尺寸小的問(wèn)題。

1.確定工裝的回彈。回彈的最終確定要通過(guò)試彎確定，程序如下：a.依據(jù)理論回跳值制造彎曲模具，按照模具對(duì)管材試彎，測(cè)量試件彎曲半徑及彎曲角度；b.將測(cè)量值與產(chǎn)品數(shù)模進(jìn)行對(duì)比；c.如若試件合格確定回跳值，如若不合格，修正回跳角，返修彎管模，進(jìn)行上面a、b流程，按上多次反復(fù)制出合格試件，確定最終回跳值。

對(duì)應(yīng)材料Z2CN18-10，查找相應(yīng)材料手冊(cè)，找出公式中相應(yīng)的各量值，計(jì)算得出回彈半徑理論值彎曲半徑（彎曲半徑R63 mm、R50 mm、R100 mm的理論回彈半徑值相應(yīng)為R61.7 mm、R48 mm、R98.9 mm），以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)管材彎曲工裝，按照上述流程圖的制造流程進(jìn)行多次試驗(yàn)、測(cè)量，確定彎曲的實(shí)際回彈半徑值，依次為R62.7 mm、R49.5 mm、R99.3 mm。

2.彎曲半徑過(guò)小，防止裂紋。對(duì)于該問(wèn)題，我們進(jìn)行了多次試驗(yàn)，空心彎曲、加芯棒彎曲，都不理想，特別是空心彎曲，出現(xiàn)了裂紋。最終，我們?cè)诠芮粌?nèi)部灌注低熔點(diǎn)合金，灌注低熔點(diǎn)合金后整個(gè)管體相當(dāng)于一個(gè)鋼棒，彎曲時(shí)不易出現(xiàn)裂紋，管材內(nèi)腔有低熔點(diǎn)合金支撐而限制變形，加工性能大大提高，還避免了彎曲部分的變扁和起皺現(xiàn)象。

3.直線段尺寸小。對(duì)于該問(wèn)題，在工裝設(shè)計(jì)時(shí)，把夾塊和彎管模以直線段為準(zhǔn)向兩端沿著R（彎曲方向）延長(zhǎng)，由原來(lái)的直線段夾緊改為直線段和彎曲段共同夾緊，增大夾持力，實(shí)現(xiàn)彎曲。

4.在數(shù)控彎管機(jī)上連續(xù)彎曲。首先，我們進(jìn)行分段彎曲，把每一段以形體工裝為準(zhǔn)焊接在一起，用激光測(cè)量機(jī)測(cè)出整體坐標(biāo)值，把坐標(biāo)值輸入數(shù)控彎管機(jī)，進(jìn)行對(duì)管體的連續(xù)彎曲（這里我們也參考了從數(shù)模上下載的理論坐

五、產(chǎn)品制造

經(jīng)過(guò)產(chǎn)品的分析和試制，確定了彎曲工裝的結(jié)構(gòu)和彎曲半徑，攻關(guān)組在數(shù)控彎管機(jī)上經(jīng)過(guò)了多次反復(fù)試驗(yàn)，最終制造出符合產(chǎn)品數(shù)模的產(chǎn)品。

[1]《航空導(dǎo)管加工》國(guó)防工業(yè)出版社.

[2]《材料力學(xué)》哈爾濱工業(yè)大學(xué).

[3]《理論力學(xué)》上海科技出版社.