大型薄壁翼尖深腔整流蒙皮拉深成形技術研究

0 引 言

短周期、低成本是衡量新產品研制成功與否的關鍵指標之一，拉深成形具有效率高、成形零件表面質量好的優點，廣泛應用于薄壁構件的成形。拉深是非均勻大塑性變形，涉及接觸非線性、幾何非線性和材料非線性等問題，而且影響拉深成形過程的參數較多

。針對型面復雜薄壁零件的傳統試錯工藝方法不能滿足生產進度及成本控制要求，要求在工藝方案設計階段準確預估成形潛在的缺陷，并采取相應的預防措施，即便是形狀相似的零件在工藝方案細節方面也存在差異，這對工藝設計人員提出了嚴格要求，必須尋求高效、低成本解決缺陷預測及消除的新技術。

拉深成形是利用拉深模及壓力機根據金屬板料塑性變形的特點，使沖裁后的平面薄板毛坯外法蘭減小，制成開口空心零件或將開口空心毛坯進一步壓制減少直徑，增大高度的沖壓成形工藝方法。傳統的工藝設計方法難以提前預測并確定板料成形過程中容易出現的問題，隨著近些年計算機技術及有限元模擬方法的發展，板料成形數值模擬已經廣泛應用于金屬材料塑性加工領域

，采用有限元數值模擬技術可以較為準確地在計算機上進行模擬預測，得到板料成形過程中可能出現的開裂、起皺等趨勢

，以便工藝設計通過反復迭代方式在投產前綜合多種因素實現關鍵工藝參數優化，達到縮短模具試驗時間及產品開發周期、降低產品研制成本的目的?，F基于Dynaform有限元分析，對大型薄壁翼尖深腔整流蒙皮拉深成形進行研究，探究工藝型面設計、壓邊阻力分布及壓邊力對起皺的影響。

1 零件分析

圖1所示為深腔整流蒙皮，是飛機航行燈安裝平臺的重要連接部件，材料為2024（包鋁）-O，厚度為1.27 mm，端口最高點尺寸為234 mm、寬度為391 mm。該零件具有變曲率、大尺寸深腔、壁薄等特點，且頂部存在異形孔，其加工精度影響航行燈系統的正常運轉，因此對零件的外形尺寸、表面質量、疲勞壽命等方面有較高要求。

由于該零件為大尺寸深腔薄壁結構，相對厚度系數較小，在板料厚度方向容易失穩，同時易出現開裂與起皺現象

。針對該零件進行成形性風險分析，運用Dynaform有限元軟件進行傳統拉深模成形模擬，最終得到結果如圖2所示，因零件尖端曲率過小，起皺區域集中在零件端頭，零件最大減薄率達到了17%，超過了減薄率最大值10%的要求。為解決該深腔薄壁零件開裂與起皺現象并存的問題，需優化拉深模結構，同時結合Dynaform有限元分析得出最優毛坯形狀以改善壓邊阻力分布，通過對比工藝方案模擬防起皺與實際拉深試驗防起皺來驗證結果。

2 工藝方案設計

球形件拉深成形效果好，周圈曲率較大且分布均勻，如圖3所示，深腔整流蒙皮零件拉深成形出現的問題可借鑒球形件拉深經驗來優化工藝方案?？紤]將模具零件尖端區域抬高來增大該深腔整流蒙皮零件端頭的曲率，將嚴重起皺區轉移到工藝補償區域，同時通過優化毛坯形狀來改善壓邊阻力分布，達到消除起皺的效果。抬高模具零件尖端后拉深模擬如圖4所示，起皺區域消除效果明顯。半封閉零件最合理的成形方法是將左右件對接成閉合體，在抬高模具零件尖端區域的基礎上采取1模2件組合拉深成形，如圖5所示，增加板料參與變形的面積、改善成形時板料的受力狀態，以解決起皺與開裂同時出現的問題。

3 工藝優化

3.1 確定最佳毛坯尺寸

先進行常規尺寸毛坯拉深試驗，當凹模下降至凸模高度的中心位置時，零件實際成形情況與模擬過程接近，如圖17和圖18所示。由于凸、凹模的左右尖錐形結構，成形時直線側壁與尖錐側壁無法保持等厚，零件橢圓罩體直線側壁附近的法蘭材料流動較快，而兩邊端頭的法蘭材料流動相對較慢，隨著凸、凹模之間的距離逐步減小，零件直線側壁起皺被拉深壓平，但是錐形端頭起皺仍存在，無法消除，零件成形質量難以保證。

上博楚簡三篇中語氣詞比較豐富，本文主要選取了其中最具有代表性的7個語氣詞“也”、“矣”、“乎”、“焉”、“與(歟)”、“哉”、“唯(維、惟)”進行分析，以期能夠了解上古漢語中語氣詞的使用、發展及其特點。

對圖9、圖10進行分析可得：有限元模擬軟件反算得到的橢圓毛坯可明顯提升薄板拉深成形性能，且橢圓毛坯相對方形尺寸毛坯改善了零件拉深過程中的應力應變分布情況，有助于提升拉深極限，保證零件厚度變化均勻，消除起皺缺陷。

3.2 確定合理的壓邊間隙

合理的壓邊間隙是控制零件及法蘭起皺的有效措施，在保持其他參數不變的情況下（摩擦系數定為0.125），設定不同壓邊間隙進行數值模擬，模擬結果如圖11和圖12所示。

由圖12可知，最大減薄率隨著壓邊間隙逐步增大而下降，且壓邊間隙越大，減薄率下降趨勢越明顯。這是由于壓邊間隙太小時，板料被壓邊圈壓住過緊，使板料與凹模及壓邊圈之間的摩擦阻力增大

，傳力區的拉應力隨之增大，阻礙材料順利流入凹模，導致零件成形后減薄嚴重。

2.3.1 AR抑制劑聯合細胞周期蛋白依賴性激酶4/6（cyclin-dependent kinase 4/6，CDK4/6）抑制劑

模具結構考慮抬高零件尖端起皺區的對應位置，凸模上劃出零件外形線及拉深完切割零件的中心線。成形前在模具壓邊圈上規劃橢圓毛坯外形線，以定位毛坯放置的準確位置，如圖14所示。在成形過程中，凹模下行覆蓋在待成形零件表面，待成形零件夾于凸、凹模之間，會形成一個充滿空氣阻力的封閉式腔體導致待成形零件與凸模吸附過緊，因此在凸模頂部中心處（非零件外形區域）設計

8.0 mm的工藝排氣孔，便于成形零件脫模，如圖15所示

，同時通過導向板控制凸、凹模與壓邊圈相對移動位置，保證拉深成形過程可控。

3.3 確定合理的拉深模結構

隨著社會經濟的發展，農業產業化在我國脫貧攻堅的實施過程中起到至關重要的作用。產業扶貧就是扶貧開發的過程，以產業特色、資源優勢為基礎，在發展貧困地區、增加貧困農戶收入方面起到了重要作用，促進農業實現可持續發展。

接著在模具上放置模擬反算所得展開毛坯再次進行拉深試驗，坯料依據壓邊圈毛坯劃線準確放置，當凹模下降至凸模高度的中心位置時，成形效果與模擬過程相似，起皺明顯減少，如圖19～圖21所示，說明合理的坯料形狀可以改善零件的拉深可行性，最終成形零件厚度變化均勻，成形精度及質量好，對比工藝方案模擬防起皺與實際拉深防起皺結果基本相符。對于結構復雜的深腔薄壁拉深件，利用仿真技術可以準確設計坯料尺寸，為材料成形提供指導。

社區自治的路徑強調社區治理的本位是社會自治，主張社區治理體制改革，推動“政社分開”，例如實行社區的“議行分設”體制、“一會兩站”模式等。社區自治應當基于社區居民的共同利益和訴求，尤其是業主對于自身物權維護的需要。鑒于現實中居民自治的衰落和業主自治的興起，近年來社區自治研究開始偏重業主自治，并有逐步取代居民自治研究的趨勢。但是，研究者也指出了當前社區自治的局限及其原因，即受制于國家結構性約束的偏態自治和居民主觀態度的無序自治與低度自治。⑨

4 拉深試驗驗證

結合上述數值模擬分析，在保證常規尺寸毛坯與反算展開毛坯各參數一致的情況下，在6 500 kN沖床上進行拉深試驗，如圖16所示。

當壓邊間隙為1.35～1.45 mm時，零件最大減薄率可以控制在10%左右

，隨著壓邊間隙增大至1.5 mm，法蘭處的起皺現象越來越明顯，如圖13所示，法蘭起皺區域范圍較大。為了避免法蘭起皺及零件過度減薄的開裂現象

，壓邊間隙應選1.35～1.45 mm為宜。

在保持設置參數相同的情況下，以常規尺寸毛坯與反算的理論展開毛坯進行拉深成形模擬對比，其模擬對比結果如圖9、圖10所示。

薄板拉深成形性能受毛坯形狀影響，通過模擬優化得到合理的毛坯外形能改善拉深成形過程中非規則罩體零件的應力及應變分布，提升零件的成形極限，使零件厚度變化均勻，以保證成形精度及質量

。由于深腔整流蒙皮結構復雜，按常規經驗及鈑金展開料計算公式得到的展開毛坯精度低、計算量較大。為解決該類問題利用Dynaform坯料反算功能模塊進行有限元分析，如圖6所示，得到的結果作為常規尺寸毛坯（見圖7）優化的依據，與此同時設計合理的工藝補充面，借助反復的模擬調試，最后得到最佳的毛坯外形，如圖8所示。

借鑒Luna24探測器和地面油田鉆井工程中穩定器設計相關經驗，根據鉆取采樣設備外部支撐裝置的設計需求，本文設計了一種鎖合隨動式限幅機構。該機構位于鉆桿的中部，在飛行工作階段主要起到鉆具的限幅作用；當鉆具鉆進到位之后，該機構可以實現解鎖，并隨鉆具同步向下進尺。同時，本文基于有限元分析和地面系統級驗證試驗，對該限幅機構的性能進行驗證。

零件有專用配套模具用于拉深成形后進行液壓機校形，以消除零件拉深成形后的回彈現象。校形后的零件罩體與模具零件貼合公差保證在0～0.5 mm。模具上設有零件外形線及裝配余量線，最終切邊得到的零件如圖22所示。經現場批量生產、飛機裝配驗證后，滿足產品設計的功能需求。

廣彩紋飾多樣，大多為定制產品，產品隨著各地區的審美傾向和各階層人群的需求而變化，表現出歲無定樣的特征。

5 結束語

（1）針對該翼尖薄壁深腔零件的結構特殊性，通過將模具零件尖端起皺區抬高以增加零件曲率，不僅可緩解起皺，而且可將起皺區域轉移到工藝補償區域，達到消除起皺的效果。

（2）借助有限元分析反算得到了較準確的展開坯料形狀，合理的坯料外形能有效改善拉深過程中的應力應變分布情況，提升零件的拉深極限，使零件厚度變化均勻、成形精度高。

（3）借助數值模擬技術，對拉深成形材料減薄及起皺的影響進行參數分析。統計結果顯示，在展開坯料合理、摩擦系數設置較大的情況下，壓邊間隙為1.35～1.45 mm時，零件最大減薄率可以控制在10%左右，此時其余拉深工藝參數在一定范圍內波動對零件成形結果影響小，均可成形高質量合格零件。

（4）工藝方案模擬防起皺與實際拉深防起皺結果基本符合，利用Dynaform數值模擬技術可以準確地預測板料成形過程中出現的回彈、起皺、開裂等趨勢

，在投產前可綜合多種因素影響實現關鍵工藝參數的優化。

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