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冶金与材料第 44 卷复杂薄壁航空整体钣金件的液压成型工艺魏昊天（航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳110850）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 4 期2024 年 4 月Vol.44 No.4Apr.2024摘要：目前，复杂薄壁零件在多个不同领域得到了广泛应用，关于其具体制造及相关的工艺、技术，也受到社会各界的关注。液压成型技术为复杂薄壁零件的制造提供了一种新的、高效的方法。既减少了模具的数量，提高了工艺精度和材料的成形性能，同时还能适应各种不同的生产需求和环境。近年来，液压成型工艺在多种复杂薄壁航空整体钣金件的制造过程中得到日益广泛的应用，并发挥出重要作用。文章在介绍复杂薄壁航空整体钣金件的特点与压成型工艺原理等情况的基础上，以常见的 5A06 复杂薄壁整体钣金件为例，分析液压成型工艺的具体应用情况。结果显示液压成型工艺在此类钣金件的制造过程中获得可靠的应用效果，是一种理想的成型工艺。关键词：薄壁零件；钣金零件；整体钣金件；成型工艺；液压成型作者简介：魏昊天（1996），男，辽宁沈阳人，主要研究方向：铝合金钣金。随着时代的发展，在制造业领域，不同类型钣金零件的数量不断增加，结构轻量化、整体性的要求也越来越高，复杂薄壁整体钣金件的类型不断丰富，制造工艺也十分复杂。在此背景下，钣金零件的设计和制造面临着新的挑战。1复杂薄壁航空整体钣金件与液压成型工艺1.1复杂薄壁航空整体钣金件的特点随着时代的发展，多种零件的结构设计变得越来越复杂，局部区域变形剧烈，需要添加凸台、加强筋和小圆角等小特征结构，越来越多不同类型的复杂薄壁整体钣金件开始不断出现。这些小特征结构不仅有助于提高零件的整体性能，还可以使厚度分布更加均匀，提高材料的利用率咱1暂。其次，为了进一步减重，复杂异型薄壁钣金零件普遍采用镁、铝、钛以及复合材料等轻质合金。然而，这些轻质合金往往塑性较差，在成形过程中容易发生皱纹或者破裂等情况（图 1）。图 1复杂薄壁钣金零件成形皱纹、破裂情况针对挑战，需要采取一些新的策略和技术。一方面，应加强对钣金零件设计的研究，探索新的设计方法和理论，提高设计的精确性和效率。另一方面，应加强对成形工艺的研究，开发新的成型技术和设备，提高钣金零件的成形质量和效率咱2暂。1.2液压成型工艺的原理与特点液压成型工艺作为一种新型的成型技术，以其独特的优势，在板材成型领域中得到了广泛地应用。液压成型工艺是一种特殊的成型工艺，它利用一定的液体来辅助或代替成型，与其他成型工艺有所不同。在液压拉伸成型过程中，液体被添加到凹模中，然后借助液压室在液体上的压力，使得毛坯与凸模之间保持紧密结合的状态，以达到理想的成型效果。这种工艺能够减小成型过程中的摩擦力阻碍，提高成型极限，减少拉伸过程中导致的局部缺陷，从而提高不同零件的成型质量和精确度咱3暂。首先，液压成型工艺通过液体来辅助或代替成型，可以有效地减小成型过程中的摩擦力，从而降低成型难度，提高成型效率。这是因为液体具有润滑性，能够减少毛坯与模具之间的摩擦力，使得模具能够更好地与毛坯贴合，从而更好地完成成型过程。其次，液压拉伸成型过程中，液体压力的作用使得毛坯与凸模之间保持紧密结合的状态，从而提高了成型极限。这不仅有助于提高零件的精度和稳定性，而且也使得零件的形状更加复杂和多样化。此外，液压成型工艺还可以减少拉伸过程中导致的局部缺陷，从而提高零件的质量和精确度。通过这种方式，液压成型工艺能够生产出更高质量的零件，满足更高的性能要求。液压拉伸成型工艺的实现需要借助一定的液压系统和数控系统，结合压力机等设备咱4暂。64第 4 期液压系统能够提供所需的压力和流量，满足不同钣金件制作的需要。数控系统则能够精确控制液压系统的参数和动作，实现自动化生产。通过这些设备的配合使用，能够提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量。在实际应用中，液压拉伸成型工艺可以应用于各种板材成型场合，如汽车、建筑、家具等行业的钣金件制作。通过这种工艺，能够生产出精度高、质量好的钣金件。液体的使用在钣金成型过程中的作用是不可忽视的。它不仅有助于提高生产效率，降低成本，还可以提高铸件的精确度，保证产品质量。液体的溢流润滑作用可以减少金属件成型过程中的摩擦和磨损，从而延长设备的使用寿命。同时，液体的流动性也使得它可以轻易地填充模具的各个角落，确保金属件成型的质量。此外，液体也可以用于调节材料的形状和尺寸，使其适应各种不同的生产需求咱5暂。1.3板材液压拉伸的过程控制板材成型工艺在航空整体钣金件制造中起着至关重要的作用。在板材成型过程中，液室压力和液体在流动时板材成型应力是主要影响因素。然而，随着复杂薄壁整体钣金件设计复杂性的不断提高，成型过程容易出现大量的不可控因素。在这种情况下，压力和拉力的控制成为板件成型需要控制的关键工艺参数。首先，液室压力是板材成型过程中的一个重要因素。过高的液室压力可能导致板材过度拉伸，从而产生褶皱。而过低的液室压力则可能导致板材无法充分成型，影响最终产品的质量。因此，合理控制液室压力是保证板材成型质量的关键。其次，液体在流动时板材成型应力也是影响板材成型的重要因素。不同的板材材料和成型工艺参数会导致不同的成型应力咱6暂。如果应力控制不当，就可能导致板材在成型过程中发生破裂。因此，需要精确控制液体在流动时的板材成型应力，以确保板材成型的稳定性。然而，复杂薄壁整体钣金件的设计复杂性使得控制压力和拉力变得更为困难。由于设计复杂性的提高，板材的形状和尺寸都可能发生变化，这使得压力和拉力的控制变得更加复杂。过度施压可能导致褶皱，而过度施加拉力可能导致破裂。因此，需要采用先进的工艺技术和设备，精确控制压力和拉力，以确保板材成型的精度和稳定性。1.4液压成型技术制造复杂薄壁零件的优势液压成型工艺在板材成型过程中具有显著的优势和潜力，通过使用液体来辅助或代替成型，这种工艺能够降低生产成本，提高生产效率，同时也能生产出更高质量的零件。在现代制造业中，复杂薄壁零件的制造是一个具有挑战性的任务。由于这些零件通常具有高精度和复杂的形状，传统的制造方法可能无法满足需求。然而，液压成型技术作为一种新型的制造技术，由于采用了液体介质，在复杂薄壁零件的制造过程中展现出了明显的优势。首先，液压成型技术的一个显著特点是减少了模具的数量。传统的模具通常由凹模和凸模组成，而液压成型技术则使用了液体介质作为另外的凸模或凹模。这不仅可以节省模具的成本和加工周期，而且还可以减少模具的复杂性和重量。对于一些刚性凸模难以成形的复杂零件，液体凸模的优势更为明显，可以提供更多的制造可能性。其次，液压成型技术的另一个优点是液体介质的压力的可控性。由于这种压力是实时可调的，可通过计算机控制系统和液压闭环伺服系统精确地实现加载曲线。这极大地提高了工艺精度，并有利于提高材料的成形性能和零件的形状精度。这种技术的精确性和可控性对于制造高精度和复杂形状的零件至关重要咱7暂。此外，液压成型技术还具有液体介质流动的特性，这使得其可以更容易地适应不同的生产需求和环境。通过使用液体介质，液压成型技术可以减少对特定材料的依赖，从而提高了零件的通用性和可重复性。25A06 复杂薄壁整体钣金件的液压成型2.1钣金件情况国产铝镁合金 5A06 是一种具有代表性的航空用材，材料密度低、抗拉强度高、延伸率高、疲劳强度好、质量轻，被广泛应用于多种复杂曲面薄壁钣金件的加工之中，一般用于拉伸比较低的钣金件制造。2.2成型工艺此次研究中涉及的钣金件为曲面保护罩，所使用的材料为国产铝镁合金 5A06，钣金件基本情况见表 1。表 1钣金件基本情况项目材料设计长度/mm设计宽度/mm设计深度/mm端面形状沿周/mm设计压边间隙/mm基本情况国产铝镁合金5A06（厚度1mm）11816060混合曲面20法兰1.2和0.8成型过程中的难点主要在于：板料较薄，延展性差。在进行转角一次成型的过程中，容易出现起皱或破裂等。2.3有限元模型构建分析使用 ETA 软件进行仿真模拟，探讨板料充液成形的工艺过程。充液成形过程中，采用自动模拟设置，压边使用固定间隙的方法。同时，根据充液成形的特点，魏昊天：复杂薄壁航空整体钣金件的液压成型工艺65冶金与材料第 44 卷使用 Hill 屈服材料模型来模拟材料的流动和变形，以提高模拟的精确度。在板料充液成型工艺中，由于各种原因，缺陷是不可避免的。然而，通过仔细分析压边力和充液压力的变化，可以找出对成型影响较大的因素。在这个过程中，压边间隙是一个关键因素，它的大小直接影响到成型的精度和完整性。通过精确控制压边间隙，可以提高板料充液成型的效率和品质，从而满足实际生产的需求。另外，压边间隙的大小还直接影响着板料的流动性和成型效果，压边间隙过小，板料可能会受到过度挤压，导致变形或破裂；而压边间隙过大，则可能导致板料无法完全填满模具，从而影响成型的精度和完整性。在进行曲面保护罩的设计时，根据特定的压边间隙数据进行了成型模拟。通过模拟结果的分析和优化，最终确定了最终的充液成形工艺参数。在这个过程中，最后的结果显示压力间隙应该是板料厚度的 1.05至 1.1 倍。这个范围能够保证板料的流动性和成型效果，同时避免了过度挤压和无法填满模具的问题。为了实现这一工艺参数，还形成了液压室的压力加载路径。这一路径的设计能够确保充液压力均匀地施加在板料上，从而保证成型的精度和完整性。2.4模具机构设计模具是制造业中不可或缺的一部分，它能够将原材料转化为所需的形状和大小。此次研究中，根据仿真结果，模具结构主要包括凹模、凸模、压边圈等部分，这些部分共同构成了模具的基本框架。双动液压机在模具成型中的应用是非常关键的，它能够提供强大的压力，使模具能够更好地工作，同时也能够保证板料的均匀贴合。在制造过程中，凸模和压边圈是被固定在双动液压机的上模块和压边模块上的关键部件。通过这样的固定方式，可以确保在成型阶段，板料与模具之间始终保持紧密贴合的状态，这是模具工作的重要前提。在成型阶段，需要进行一系列的操作。首先，需要将液体充入到凹模液压室中，这是为了提供足够的压力来推动板料。然后，将毛坯置于凹模面上，这时板料会受到凹模的压力而紧贴其上。接下来，需要对压边模块进行滑动咱8暂。在这个过程中，压边模块会受到来自液压机的压力，这个压力会使板料均匀地贴合在凸模上，从而完成成型过程。这个过程中，压边圈起到了关键的作用，它能够控制板料的移动，确保其与凸模紧密贴合。凸模的设计尺寸是根据零件的最初设计尺寸设定的。当钣金件的尺寸不大时，凹模的结构可以采用整体式缩口结构的模具设计，这有助于提高生产效率和模具使用寿命。凹模与压力圈的材料均选用 45 轧钢，这种材料具有良好的强度和韧性，适合用于制造模具。在制造过程中，需要保证凹模与压力圈的型面部分具有较高的粗糙度，通常为 0.8，以确保模具的精度和寿命。最后，压扁间隙的设定也是至关重要的。压扁间隙是指凸模与凹模之间的间隙，过大或过小的间隙都会影响钣金件的精度和生产效率。压扁间隙设定为 1.1mm，以保证钣金件的精度和表面质量。根据仿真结果构建的模具结构能够有效提高钣金件的制造精度和生产效率。通过合理的结构设计、选材和工艺控制，最终能够设计制造出合格的钣金件。3 总结综上所述，在复杂薄壁钣金件的制作过程中，需要积极的应用更为合适的成型工艺，以提高钣金件的制造质量。文航以常见的 5A06 复杂薄壁整体钣金件为例，分析液压成型工艺的具体应用情况，证实该工艺具有可靠的应用效果。参考文献1 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