飛機鈑金零件的沖壓加工工藝設計

由博

(吉林化工學院 航空工程學院，吉林 吉林132021)

1 概述

對于飛機零件而言，數量最多的就是鈑金零件，這類零件的制造普遍采用沖壓加工方法，因此沖壓加工就成為了飛機鈑金零件的主要加工方法。對飛機鈑金零件的加工要求是尺寸精度適中，但表面質量好。沖壓加工能達到的精度等級在IT9 級到IT6 級之間，能夠滿足飛機鈑金零件的尺寸精度要求。沖壓加工所用模具凸凹模的工作部分表面質量很高，可以保證制件的表面質量。因此，本文通過分析某型飛機托架的沖壓加工工藝性，并進行必要的工藝計算，從而制定最終工藝方案，為最終實現該零件的沖壓加工提供理論基礎。

2 托架的沖壓加工工藝性分析

圖1 托架

托架的結構尺寸如圖所示，其厚度為2mm，所用材料為08鋼，生產批量為大批量，要求零件表面不能有劃痕、孔不能嚴重變形。

零件圖是制定零件沖壓工藝的重要依據，在制定工藝前要對零件圖進行詳細分析，該分析主要從技術和經濟兩個方面判斷零件的工藝性。經濟分析指的是分析沖壓零件的生產批量和沖壓加工經濟性之間的關系。技術分析指的是分析沖壓零件加工的難易程度。通過對托架零件圖進行分析可知，該零件生產批量足夠，所需材料的種類、厚度、尺寸及表面質量要求皆適合沖壓加工。

在對零件圖進行詳細分析的基礎上，選擇相應的沖壓工序?？蛇x沖壓工序有很多，但其中最基本的沖壓工序包括沖裁、彎曲、拉深，之所以稱它們為最基本的沖壓工序，是因為每個沖壓零件在加工過程中，至少會用到其中一種。根據托架結構可知，托架的加工需要用到的沖壓工序主要有剪切、沖孔、落料和彎曲。

在確定零件的沖壓工序后，需要確定沖壓工序順序。托架的沖壓工序順序是先下料、再沖孔和落料、后彎曲和校正、再次沖孔。

由于大部分沖壓零件通常需要多道工序加工才能完成，因此在確定工藝方案時需考慮工序組合問題。在綜合考慮零件結構形狀、模具性價比的基礎上，確定托架的工序組合程度如下：下料采用單工序模完成、沖兩個φ5 孔和獲得托架外形尺寸應采用沖孔落料復合模完成、彎曲和校正采用單工序模完成、兩個φ7 孔采用單工序模完成。

在確定主要工序之后，需確定托架沖壓輔助工序。托架需要的輔助工序包括去毛刺、熱處理和表面處理。

3 托架沖壓加工工藝計算

托架沖壓加工工藝計算主要包括坯料尺寸計算、排樣和沖壓力計算。坯料尺寸計算具體過程如下：

坯料尺寸L=2×26+2×6+19+4×π/2×4=108.12mm。

根據零件的外形，確定托架的排樣為單排。取長度方向搭邊值為2.8mm，寬度方向搭邊值為2.4mm，則側條料寬度和步距的具體計算過程如下：

側條料寬度B=108.12+2×2.8=113.72mm；

步距s=35+2.4=37.4mm。

根據上述計算結果，確定板料尺寸為2mm×950mm×2000mm。

托架采用單排方式排樣時，可選用縱向單排或橫向單排，兩種單排方法各自的材料利用率計算如下：

縱排：

每板條料數n1=2000/113.72=17 條，余66.76mm；

每條制件數n2=950/37.4=25 件；

余料制件數n3=66.76×25/113.72=14 件；

總制件數n= n1×n2+ n3=439 件；

材料利用率η=439×(35×108.12-2π×2.52-2π×3.52)/(950×2000)=85.34%。

橫排：

每板條料數n1=950/113.72=8 條，余40.24mm；

每條制件數n2=2000/37.4=53 件；

余料制件數n3=41.2×53/113.72=18 件；

總制件數n= n1×n2+ n3=442 件；

材料利用率η=442×(35×108.12-2π×2.52-2π×3.52)/(950×2000)=84.75%。

由上述計算可知，縱排時材料利用率相對較高，但橫排時板料的彎曲性能更好，由于托架材料為08 鋼，可塑性強，因此為進一步降低成本，選擇縱排。

根據托架沖壓加工所需工序可知，托架的沖壓力主要包括沖裁力、卸料力、推件力、彎曲力，各力的具體計算過程如下：

沖2-φ5 孔和落料復合：

沖 裁 力 F=1.3Ltτ=1.3 ×(2 ×35+2 ×102+4π) ×2 ×260=193715N

卸料力F卸=K卸×F=0.05×193715=9686N

推件力F推= nk推×F=3×0.055×193715=31963N

鈑金沖壓力 F總= (F+ F卸+ F推)=(193715+9686+31963)=235364N

根據上述計算結果選用300kN 的壓力機。

彎曲和校正：

自由彎曲力 F自=0.7Kbt2/ (r+t) ×σb=0.7×1.3×35×22/(3+2) ×338=8612

校正彎曲力F校=Ap=(87×35)×80=243600N

彎曲和校正沖壓力 F總= ( F自+ F校)=(8612+243600)=252212N

根據上述計算結果選用300kN 的壓力機。

沖2-φ7 孔：

沖裁力F=1.3Ltτ=1.3×2×7π×2×260=29717N

推件力F推= Nk推×F=3×0.05×50943=4458N

鈑金沖壓力F總=F+ F推=29717+4458=34175N

根據上述計算結果選用100kN 的壓力機。

4 結論

托架的完整工藝方案如下：

通過制定托架的沖壓工藝方案，可知飛機鈑金零件沖壓加工工藝的流程包括分析零件圖、確定沖壓工序的種類和順序、模具類型的選擇及最終工藝方案的確定。這是飛機鈑金零件沖壓加工工藝制定的基本方法。在實際應用中，上述方法應根據工作需要靈活運用，使飛機鈑金零件滿足加工要求。