專利名稱：一種金屬板構件的滾壓成形方法
一種金屬板構件的滾壓成形方法技術領域
本發明屬于金屬薄板沖壓成形技術領域，更具體地，涉及一種大臺階比變厚度金屬板構件的滾壓成形方法。
背景技術：
隨著我國航空制造技術的發展和人們對環境保護的重視，綠色制造正在挑戰傳統制造方法，以避免有害健康以及對環境的污染。為此，目前用數控機銑方式來代替傳統化學銑削是行業趨勢，這導致了變厚度類機身壁板在構件制造時加工模式產生了根本變化，由傳統的“成形一化銑”變為了“機銑一成形”。這種加工模式的變化，改變了傳統的重污染化銑的制造方法，促進了航空綠色節能制造的先進技術應用。變厚度機身壁板是飛機一類重要的結構件，是由整塊板坯經過銑切、成形等工序制成，內表面存在大臺階比的變厚度區域。這種類型機身壁板具有重量輕、表面光滑、結構強度高、剛性好、氣動外形等優點，已被廣泛應用于航空結構件。但由于變厚度機身壁板內表面的幾何形狀存在不規則、結構復雜等特點，其制造工藝比較困難。
目前可成形航空薄壁構件的工藝主要有滾壓成形、壓彎成形、拉彎成形、噴丸成形、時效蠕變成形等。噴丸成形和時效蠕變成形只能加工小曲率的構件，如機翼壁板，其無法實現具有大曲率的機身壁板的加工。拉彎成形僅能加工等厚度板坯，無法對帶變厚度結構的機身壁板進行成形。而壓彎成形雖然可以進行大曲率機身壁板加工，但由于工藝過程的間斷性和變形非均勻性，無法加工出高品質的機身壁板。滾壓成形是一種連續的成形方法，可以克服壓彎成形的缺陷，主要用來成形等曲率、變曲率的二維曲面，廣泛應用于機身壁板等構件制造。目前機身壁板內表面存在大臺階比變厚度區域，這些區域呈復雜的無規則分布，借助帶型面軋輥的滾壓成形對這類機身壁板也無法成形制造。
中國發明專利申請201010602183. 6公開了一種機身整體壁板的成型方法，該技術提及一種機身薄板“成形一機銑”的成型制造方法。該技術的不足之處在于采用先滾彎成形后進行局部壓平機銑的制造方式，該方法僅能制造厚度超薄的機身壁板類構件，與帶大臺階比變厚度機身壁板的“機銑一成形”加工有本質差異。
中國發明專利申請201010297464. 5公開了一種壁板多道次滾壓加載軌跡設計與數控代碼生成方法，該技術提及一種基于三軸數控滾壓機的機身壁板多道次滾壓加載軌跡設計與數控代碼生成方法。該技術的不足之處在于主要針對變曲率等厚度壁板滾壓加載軌跡設計，不涉及帶大臺階比變厚度的機身壁板加工。
學術期刊《鍛壓技術》發表的名稱為整體壁板填料滾壓成形工藝研究(2009年4 月)，該技術提及一種帶規則網格壁板的填料滾壓成形工藝。該技術的不足之處在于主要針對高筋交叉網格板填料滾壓工藝，成形過程中聚氨酯塊放入高筋網格內，成形時變形主要為高筋交叉網格，填料聚氨酯不參與變形，僅起到防止高筋失穩作用，該工藝無法加工帶大臺階比變厚度的機身壁板零件。發明內容
為 了研究和解決具有較大厚度或高強度的大臺階比變厚度結構機身壁板的精確成形問題，本發明提供了一種大臺階比變厚度金屬板構件的滾壓成形方法。該方法適用于先機銑后成形的機身壁板制造方式，即能夠實現帶機銑的大臺階比變厚度結構的機身壁板構件，該方法對機身壁板的厚度和強度沒有限制。
本發明通過以下技術方案實現
根據本發明的金屬板構件滾壓成形方法包括步驟
(I)將機身壁板零件展開為平板結構，所述零件的一側具有臺階；
(2)根據展開的平板結構制備金屬板坯；
(3)設計墊料結構，所述墊料結構與所述金屬板坯為互補結構；
(4)根據設計的墊料結構制備彈性墊料板；
(5)裝配所述金屬板坯和所述彈性墊料板，形成組合板坯；
(6)確定組合板坯的滾壓參數；
(7)組合板坯數控滾壓成形；以及
(8)提取金屬板構件。
其中，所述方法還包括步驟(9)將所述步驟(8)中提取的金屬板構件進行檢具檢測，并進行局部校形。
其中，在所述步驟(I)中，根據實際加工的機身壁板零件的三維幾何結構和選材要求，運用CAE軟件將機身壁板零件展開為平板結構。
其中，在所述步驟(2)中，運用機械銑削加工方法，按所述步驟(I)中展開的平板結構的形狀，將具有初始等厚度的板坯加工成一側設有臺階的金屬板坯。
其中，在所述步驟(3)中，根據所述步驟(I)中展開的平板結構，進行互補結構設計，同時根據臺階比和墊料選材，獲得補償墊料滾壓受壓時的厚度壓縮量和周向擴張量，以及在互補結構基礎上，通過添加厚度壓縮量和減少周向擴張量，獲取機身壁板的墊料結構。
其中，在所述步驟(4)中，選取彈性墊料板，運用機械銑削加工方法，在滿足要求的銑刀直徑下，按照所述步驟(3)中的墊料結構，將彈性墊料板一側加工成與所述步驟(2) 中的金屬板坯為互補結構。
其中，在所述步驟(5)中，將所述步驟(4)中加工的彈性墊料板的加工側面涂抹粘性膠，并粘合到所述步驟(2)中制備的金屬板坯的側面，在粘合過程中要保持臺階寬向間隙的均勻性，并將彈性墊料板和金屬板坯四周用膠帶粘合，從而獲得用于成形機身壁板的平板組合板坯。
其中，在所述步驟￠)中，針對彈性墊料板和金屬板坯的組合板坯，運用CAE軟件計算滾壓上軋輥下壓量與組合板坯滾壓件曲率半徑的定量關系，獲取組合板坯滾壓工藝的下壓量。
其中，在所述步驟(7)中，將所述步驟￠)中上軋輥下壓量輸入數控滾壓機，生成數控代碼，并將所述步驟(5)中的組合板坯放入數控滾壓機上，執行工藝數控代碼，完成組合板坯的滾壓成形。
其中，在所述步驟(8)中，將所述步驟(7)中加工的組合板坯滾壓件分離，獲得機身壁板零件。
與現有技術相比，本發明具有以下優點通過彈性墊料與大臺階比變厚度結構板坯相組合，實現機身壁板“機銑一成形”方式的高效精確成形制造。該工藝加工的機身壁板的厚度和強度不受限制，同時彈性墊料可以重復利用，實現了大臺階比變厚度金屬構件的精確成形。
利用本發明可以取代國內長期以來機身壁板零件采用先滾壓成形后化銑的傳統制造方法，既提高了產品的制造精度和疲勞強度，又避免了化銑槽液對環境的污染和高昂的排污處理費用，以及立體機械銑切的專用立體銑切夾具和設備，達到機身壁板的高精確高效低成本的綠色化制造。
圖I為展開后的帶大臺階比變厚度結構金屬板坯的橫截面示意圖2為彈性墊料結構的橫截面示意圖3為組合板坯的橫截面示意圖4為組合板的滾壓成形的示意圖；以及
圖5為根據本發明的金屬板構件滾壓成形方法制造的機身壁板構件的示意圖。
附圖標記說明
I金屬板還
2彈性墊料板
3組合板坯
4上軋輥
5零件具體實施方式
下面結合附圖來詳細描述根據本發明的大臺階比變厚度金屬板構件的滾壓成形方法的優選實施例。
采用本發明技術方案成形加工機身門框蒙皮構件，如圖5所示，蒙皮材料為鋁合金2024-T3，零件厚度從6mm I. 4mm分布不等。本實施例采用的彈性墊料為工程塑料板 PA6-G,厚度為 8mm。
(I)展開機身壁板零件。根據實際加工的機身門框蒙皮的三維幾何結構和鋁合金 2024-T3要求，運用CAE軟件Dynaform將機身門框蒙皮零件展開為平板結構。
(2)制備大臺階比變厚度結構金屬板坯。運用機械銑削加工方法，按步驟(I)中展開的平板結構形狀，將初始厚度為6mm鋁合金2024-T3加工成一側面設有臺階(即，帶大臺階比變厚度結構)的金屬板坯I，其變厚度形式見圖I所示平板結構。
(3)設計墊料結構。根據步驟⑴中展開的機身門框蒙皮的平板結構，進行互補結構設計，同時本實施例中兩個臺階比都近似為2 1，考慮臺階比和墊料PA6-G的彈性模量， 獲得補償墊料滾壓受壓時厚度壓縮量為O. 3mm和周向擴張量2mm，在互補結構基礎上，通過添加厚度壓縮量和減少周向擴張量，獲取大臺階比變厚度機身壁板的彈性墊料板2，其結構形式見圖2所示結構。
(4)制備變厚度彈性墊料板。選取具有厚度為8mm的工程塑料板PA6-G，運用機械銑削加工方法，選用直徑O 12的銑刀，按照步驟(3)的墊料結構，將工程塑料PA6-G板一側加工出與步驟(2)中加工板坯為互補結構的墊料板。(5)裝配變厚度板坯和墊料。將步驟(4)加工的工程塑料板PA6-G的加工側面涂抹粘性膠，并粘合到步驟(2)加工的鋁合金2024-T3的變厚度側面，粘合過程中要保持臺階寬向間隙的均勻性，并將工程塑料板PA6-G和鋁合金2024-T3板坯四周用膠帶粘合，獲得用于成形機身壁板的平板組合板坯3，其側面結構如圖3所示；(6)確定滾壓參數。針對工程塑料板PA6-G和鋁合金2024-T3板的組合板坯，運用Dynaform軟件計算滾壓上軋輥下壓量與步驟(7)中組合板坯滾壓件曲率半徑的定量關系，獲取組合板坯滾壓工藝的下壓量；(7)組合板坯數控滾壓成形。將步驟(6)中上軋輥4的下壓量輸入數控滾壓機，生成數控代碼，并將步驟(5)中組合板坯放入數控滾壓機上，執行工藝數控代碼，完成機身門框蒙皮組合板坯的滾壓成形；(8)提取變厚度金屬構件。將步驟(7)加工的組合板坯滾壓件分離，獲得機身門框蒙皮零件5，其幾何形狀如圖5所示。(9)將步驟(8)中提取的機身門框壁板零件進行檢具檢測，并進行局部校形。經對本實施例的校形機身門框蒙皮進行的表面質量檢測，包括曲率半徑和直線度，符合加工圖紙要求。本發明通過彈性墊料板與大臺階比變厚度結構板坯相組合，實現機身壁板“機銑—成形”方式的高效精確成形制造。該工藝加工的機身壁板的厚度和強度不受限制，同時彈性墊料板可以重復利用，實現了大臺階比變厚度金屬構件的精確成形。本發明中所述具體實施案例僅為本發明的較佳實施案例而已，并非用來限定本發明的實施范圍。即凡依本發明申請專利范圍的內容所作的等效變化與修飾，都屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，包括步驟 (1)將機身壁板零件展開為平板結構，所述零件的一側具有臺階； (2)根據展開的平板結構制備金屬板坯； (3)設計墊料結構，所述墊料結構與所述金屬板坯為互補結構； (4)根據設計的墊料結構制備彈性墊料板； (5)裝配所述金屬板坯和所述彈性墊料板，形成組合板坯； (6)確定組合板坯的滾壓參數； (7)組合板坯數控滾壓成形；以及 (8)提取金屬板構件。
2.根據權利要求I所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，所述方法還包括步驟(9)將所述步驟(8)中提取的金屬板構件進行檢具檢測，并進行局部校形。
3.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(I)中，根據實際加工的機身壁板零件的三維幾何結構和選材要求，運用CAE軟件將機身壁板零件展開為平板結構。
4.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，運用機械銑削加工方法，按所述步驟(I)中展開的平板結構的形狀，將具有初始等厚度的板坯加工成一側設有臺階的金屬板坯。
5.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，根據所述步驟(I)中展開的平板結構，進行互補結構設計，同時根據臺階比和墊料選材，獲得補償墊料滾壓受壓時的厚度壓縮量和周向擴張量，以及在互補結構基礎上，通過添加厚度壓縮量和減少周向擴張量，獲取機身壁板的墊料結構。
6.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，選取彈性墊料板，運用機械銑削加工方法，在滿足要求的銑刀直徑下，按照所述步驟(3)中的墊料結構，將彈性墊料板一側加工成與所述步驟(2)中的金屬板坯為互補結構。
7.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(5)中，將所述步驟(4)中加工的彈性墊料板的加工側面涂抹粘性膠，并粘合到所述步驟(2)中制備的金屬板坯的側面，在粘合過程中要保持臺階寬向間隙的均勻性，并將彈性墊料板和金屬板坯四周用膠帶粘合，從而獲得用于成形機身壁板的平板組合板坯。
8.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(6)中，針對彈性墊料板和金屬板坯的組合板坯，運用CAE軟件計算滾壓上軋輥下壓量與組合板坯滾壓件曲率半徑的定量關系，獲取組合板坯滾壓工藝的下壓量。
9.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(7)中，將所述步驟￠)中上軋輥下壓量輸入數控滾壓機，生成數控代碼，并將所述步驟(5)中的組合板坯放入數控滾壓機上，執行工藝數控代碼，完成組合板坯的滾壓成形。
10.根據權利要求I或2所述的金屬板構件滾壓成形方法，其特征在于，在所述步驟(8)中，將所述步驟(7)中加工的組合板坯滾壓件分離，獲得機身壁板零件。
全文摘要
本發明公開一種金屬板構件滾壓成形方法，包括步驟(1)將機身壁板零件展開為平板結構，所述零件的一側具有臺階；(2)根據展開的平板結構制備金屬板坯；(3)設計墊料結構，所述墊料結構與所述金屬板坯為互補結構；(4)根據設計的墊料結構制備彈性墊料板；(5)裝配所述金屬板坯和所述彈性墊料板，形成組合板坯；(6)確定組合板坯的滾壓參數；(7)組合板坯數控滾壓成形；以及(8)提取金屬板構件。本發明可以實現大臺階比變厚度結構的構件精確成形，且不受加工零件厚度和強度的限制，同時利用本發明可以取代機身壁板件先成形后化銑的傳統制造方法，既提高了產品的制造精度，又避免了化銑帶來的環境污染。
文檔編號B21D13/04GK102974671SQ20121049538
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月28日 優先權日2012年11月28日
發明者宋波, 于忠齊, 陳保國, 顧俊海 申請人:上海飛機制造有限公司