阅读说明：本技术 一种复杂双曲度蒙皮零件成形方法 (Forming method of complex double-curvature skin part ) 是由 李奎 刘波 鲁帆 刘杰民 陈明 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种复杂双曲度蒙皮零件成形方法,通过预成形模具采用主动式充液成形方式首先成形出零件底部1/5－1/3范围内的双曲度部分,通过终成形模具采用被动式充液成形方式成形出双曲度零件侧壁及侧壁上的局部特征。本发明第一步采用主动式充液成形的方式,改变了蒙皮零件在采用蒙皮拉型成形过程中的受力状态,消除了拉型过程中受力不均匀、截面尺寸变化大产生的顶部破裂、悬空区起皱问题,第二步采用被动式充液成形的方式,成形过程中形成“软拉延筋”有利于抑制起皱,同时可以成形出双曲度蒙皮零件侧壁凹坑、凸起等局部复杂特征。(The invention discloses a forming method of a complex double-curvature skin part, which comprises the steps of firstly forming a double-curvature part at the bottom of the part within the range of 1/5-1/3 by adopting an active liquid-filling forming mode through a pre-forming die, and forming the side wall of the double-curvature part and local characteristics on the side wall of the double-curvature part by adopting a passive liquid-filling forming mode through a final forming die. The method adopts an active liquid-filling forming mode in the first step, changes the stress state of the skin part in the skin drawing forming process, eliminates the problems of top fracture and suspended area wrinkling caused by uneven stress and large section size change in the drawing forming process, adopts a passive liquid-filling forming mode in the second step, forms 'soft-drawing extending ribs' in the forming process, is favorable for inhibiting wrinkling, and can form local complex characteristics of pits, bulges and the like on the side wall of the double-curvature skin part.)

一种复杂双曲度蒙皮零件成形方法

技术领域

本发明型涉及板材塑性成形领域，尤其适用于复杂双曲度蒙皮零件的成形方法。

背景技术

飞机蒙皮是包围在飞机骨架结构外且用粘接或铆接固定于骨架上，形成飞机气动外形的零件，起到承受和传递启动载荷的作用。铝合金蒙皮零件在航空制造领域应用广泛，根据零件外形分为单曲度和双曲度蒙皮两类零件，传统大型蒙皮类零件通常采用蒙皮拉型进行制造，但是对于有凹坑、凸起、零件截面尺寸变化较大的双曲度蒙皮零件，尤其是蒙皮零件端头具有不同方向曲度变化的零件，采用拉型工艺会在凹坑、凸起等与蒙皮型面过渡处出现不贴膜现象。一般情况下采用蒙皮拉型工艺对蒙皮零件的截面尺寸的变化控制在6％范围内，对于截面尺寸变化超过6％，拉型过程中由于板料变形不均匀易引起悬空区板料起皱现象，对于截面尺寸变化较大的区域，由于不同截面处变形量相差较大，在变形较大处易发生橘皮、破裂的风险，难以成形出合格的零件。目前针对该类型的蒙皮零件多采用分瓣成形或者采用落压成形工艺，采用落压成形时，在每阶段的成形过程均会产生起皱现象，需手工进行修复，导致成形后的零件表面质量差，厚度分布不均匀。采用分瓣成形时，增加了装配的难度，影响了蒙皮零件的气动布局。

发明内容

为了克服复杂双曲度蒙皮零件在拉型过程中出现的不贴膜、起皱、破裂等缺陷，本发明提供了一种复杂双曲度蒙皮零件成形方法及模具结构，解决大型复杂双曲度蒙皮零件的成形问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种复杂双曲度蒙皮零件成形方法，其特征在于通过预成形模具采用主动式充液成形方式首先成形出零件底部1/5－1/3范围内的双曲度部分，通过终成形模具采用被动式充液成形方式成形出双曲度零件侧壁及侧壁上的局部特征，具体步骤如下：

1构造基准型面：根据双曲度蒙皮零件模型调整拉深方向，使得零件最终的拉深高度达到最小，构造拉深方向的法向平面，法向平面在零件模型上方15mm－25mm范围内，在法向平面构造拉深轮廓线及法兰面，拉深轮廓线两端头采用大圆弧进行过渡，拉深轮廓线大于零件模型轮廓，将拉深轮廓线沿拉深方向构造拉伸面，将零件模型的外插延伸面与拉伸面相交，法兰面与拉伸面相交，将两个相交处进行修剪并进行倒圆，得到凹模圆角和凸模圆角，零件模型的边缘线距离倒圆大于15mm，构造成基准型面，如图2所示。

2构造预成形凹模型面：根据基准型面的法兰面平移构造预成形凹模法兰面，预成形凹模法兰面距零件模型底部的高度为1/5－1/3的零件模型的高度，将凸预成形凹模法兰面与基准型面修剪倒圆，构造出预成形凹模法兰面。

3制造预成形模具：包括预成形凹模、预成形压边圈、预成形充液接口等。

4构造终成形凸模型面：提取基准型面除法兰面及凹模圆角，构造出构造终成形凸模型面。

5构造终成形凹模型面：提取基准型面的法兰面、拉伸面及凹模圆角，然后进行法向放大偏移，构造出终成形凹模型面。

6制造终成形模具包括终成形凹模、终成形压边圈、终成形凸模、凸模转接块、终成形导板、凸模底座、终成形充液接口等。

7板料放置在预成形凹模上，并对板料进行定位，预成形凹模9与预成形压边圈10合模，设置初始压边力。

8通过预成形充液接口向预成形凹模进行液体介质的补充，随着液体压力的增加同时增加压边力，使得板料逐渐贴向预成形凹模，压边力F＝P1·S1+P2·S2，其中P1为液体压力，S1为预成形凹模圆角以内的面积，S2为板料的法兰面积，P2为通用经验值，根据成形的零件材料及厚度选择范围为(0.8～2.5MPa)。

9将预成形后的工序件作为终成形的初始板料放置在终成形凹模上，通过终成形充液接口向终成形液室进行液体介质的补充。通过预成形的底部型面与终成形凸模底部型面采用型面匹配的方式进行定位，当板料的法兰与终成形凹模上表面接触且终成形凹模上表面有液体溢出时终成形凸模停止下移。

10在完成零件定位之后，终成形压边圈与终成形凹模进行合模，同时设置压边力。

11终成形凸模根据设置的位移曲线开始下移，同时通过终成形充液接口向液室内补充液体介质，终成形凸模持续下移至零件最终位置。

本发明的有益效果是，第一步采用主动式充液成形的方式，可以减小悬空区的面积，同时在液体压力的作用下对板料有均匀的厚向约束，可以成形出复杂双曲度零件的底部双曲度部分，改变了蒙皮零件在拉型过程中的受力状态，消除了拉型过程中受力不均匀、截面尺寸变化大产生的顶部破裂、悬空区起皱问题，解决大尺寸双曲度蒙皮零件成形过程中的最大难点，且采用主动式充液成形可以获得较好的零件表面质量。第二步采用被动式充液成形的方式，在拉深过程中液体压力的作用使得板料逐步贴向凸模，成形过程中形成“软拉延筋”有利于抑制起皱，同时可以成形出双曲度蒙皮零件侧壁凹坑、凸起等局部复杂特征。

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为双曲度蒙皮零件示意图；

图2为构造基准型面示意图；

图3为预成形凹模型面示意图；

图4为预成形模具结构示意图；

图5为终成形模具结构示意图。

图中编号说明：1.法兰面，2.拉伸轮廓线，3.凹模圆角，4.拉伸面，5.凸模圆角，6.零件模型，7.外插延伸面，8.预成形凹模法兰面，9.预成形凹模，10.预成形压边圈，11.预成形充液接口，12.工序件，13.排气孔，14.终成形充液接口，15.终成形液室，16.终成形凹模，17.终成形导板，18.凸模底座，19.凸模转接板，20.终成形压边圈，21.终成形凸模。

具体实施方式

图1－5为本发明大型复杂双曲度蒙皮零件充液成形过程的原理图，其成形过程主要有以下几个步骤：

1构造基准型面：根据双曲度蒙皮零件模型6调整拉深方向，使得零件最终的拉深高度达到最小，构造拉深方向的法向平面，法向平面在零件模型上方15mm－25mm范围内，在法向平面构造拉深轮廓线2及法兰面1，拉深轮廓线2两端头采用大圆弧进行过渡，拉深轮廓线2大于零件模型6轮廓，将拉深轮廓线2沿拉深方向构造拉伸面4，将零件模型6的外插延伸面7与拉伸面4相交，法兰面2与拉伸面4相交，将两个相交处进行修剪并进行倒圆，得到凹模圆角3和凸模圆角5，零件模型6的边缘线距离倒圆大于15mm，构造成基准型面，如图2所示。

2构造预成形凹模型面：根据基准型面的法兰面1平移构造预成形凹模法兰面8，预成形凹模法兰面8距零件模型6底部的高度为1/5－1/3的零件模型6的高度，将凸预成形凹模法兰面8与基准型面修剪倒圆，构造出预成形凹模法兰面8。

3制造预成形模具：包括预成形凹模9、预成形压边圈10、预成形充液接口14等。

4构造终成形凸模型面：提取基准型面除法兰面1及凹模圆角3，构造出构造终成形凸模型面。

5构造终成形凹模型面：提取基准型面的法兰面1、拉伸面4及凹模圆角3，然后进行法向放大偏移，构造出终成形凹模型面。

6制造终成形模具包括终成形凹模16、终成形压边圈20、终成形凸模21、凸模转接块19、终成形导板17、凸模底座18、终成形充液接口14等。

7板料放置在预成形凹模9上，并对板料进行定位，预成形凹模9与预成形压边圈10合模，设置初始压边力。

8通过预成形充液接口11向预成形凹模9进行液体介质的补充，随着液体压力的增加同时增加压边力，使得板料逐渐贴向预成形凹模9，压边力F＝P1·S1+P2·S2，其中P1为液体压力，S1为预成形凹模圆角以内的面积，S2为板料的法兰面积，P2为通用经验值，根据成形的零件材料及厚度选择范围为(0.8～2.5MPa)。

9将预成形后的工序件12作为终成形的初始板料放置在终成形凹模16上，通过终成形充液接口14向终成形液室15进行液体介质的补充。通过预成形的底部型面与终成形凸模21底部型面采用型面匹配的方式进行定位，当板料的法兰与终成形凹模16上表面接触且终成形凹模16上表面有液体溢出时终成形凸模21停止下移。

10在完成零件定位之后，终成形压边圈20与终成形凹模16进行合模，同时设置压边力。

11终成形凸模21根据设置的位移曲线开始下移，同时通过终成形充液接口14向液室15内补充液体介质，终成形凸模21持续下移至零件最终位置。