阅读说明：本技术 一种大曲率半圆弧状管口加强件滚弯成型模具和成型方法 (Roll bending forming die and method for large-curvature semicircular arc pipe orifice reinforcement ) 是由 白颖 钟李欣 闫宝强 李世峰 黄润卓 范子翠 于 2019-08-02 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种大曲率半圆弧状管口加强件滚弯成型模具和成型方法,成型模具含有成型凸轮、成型凹轮和从动凹轮,成型凸轮、成型凹轮以及从动凹轮分别安装于不对称三轴滚弯机的三个不同的滚轴上。成型时先进行毛坯定位,然后设定成型凸轮、成型凹轮和从动凹轮相对位置关系,其次利用三轴滚弯设备成型,最后管口加强件从三根同步旋转的滚轴间通过,并连续产生轴向和纵向塑性弯曲变形,从而获得所需的截面形状和弧度外形。(The application discloses big camber semicircle arcuation mouth of pipe reinforcement rolls curved forming die and forming method, forming die contain shaping cam, shaping concave wheel and driven concave wheel, and shaping cam, shaping concave wheel and driven concave wheel are installed respectively on the roller bearing of three difference of asymmetric triaxial roll bending machine. During forming, a blank is positioned, relative position relations of a forming cam, a forming concave wheel and a driven concave wheel are set, then three-axis roll bending equipment is used for forming, and finally a pipe orifice reinforcing piece passes through three rollers which rotate synchronously and continuously generates axial and longitudinal plastic bending deformation, so that the required cross section shape and radian appearance are obtained.)

一种大曲率半圆弧状管口加强件滚弯成型模具和成型方法

技术领域

本发明涉及飞机制造领域的钣金零件成型技术，具体是一种大曲率半圆弧状管口加强件滚弯成型模具和成型方法。

背景技术

为了提升涡桨支线飞机在高温高原机场和满载条件等复杂情况下的起降性能，设计采用了大量的耐高温新型材料和特殊结构，尤其在发动机附近的排气管道设计中，使用铁基沉淀硬化型高温合金A286来代替以往的钛合金结构件，满足不低于600℃￣700℃的高温使用环境。

涡桨支线飞机排气管、消音舱等管道管口安装着系列半圆型梯形截面管口加强件，材料为高温合金A286，以提高薄壁管件的刚性和密封性。A286合金屈服强度高、弹性模量大、硬化指数高，故该材料冷成型抗力大，成型后回弹大，修整困难。

管口加强件曲率较大，呈半封闭状，传统冲压成型将会产生无法消除的褶皱。在航空企业，诸如拉弯成型或者数控滚弯成型也不适用如此小截面、直径不大于300mm的加强筋槽结构钣金件的加工。而手工成型A286合金管口加强件难度大、表面质量差，为了保证零件与管壁的贴合度，还需安排加热修正工序，制造成本高，生产流程复杂。该类半圆弧型筋槽结构件的成型，既有材料性能带来的技术束缚，又有结构复杂带来的工艺瓶颈。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于整体较封闭、截面为梯形槽口的管口加强件的滚弯成型方法及成型模具。利用三滚弯板机三轴滚弯成型原理，设计一种管口加强件的组合模具结构以及一种机械化精确加工高强度合金较封闭钣金加强件的成型方法，实现零件高效成型。

一种大曲率半圆弧状管口加强件的滚弯成型模具，含有成型凸轮、成型凹轮和从动凹轮，成型凸轮纵向外轮廓截面与管口加强件的截面内形相匹配，成型凹轮纵向外轮廓截面与管口加强件的截面外形相匹配，从动凹轮外形轮廓与成型凹轮保持一致，成型凸轮和成型凹轮通过外侧卡槽进行导向定位，卡槽间距与管口加强件的截面展开毛坯尺寸相匹配。不对称三轴滚弯机含有上滚轴、下滚轴以及侧滚轴，上滚轴与下滚轴处于同一垂直面，侧滚轴位于上滚轴与下滚轴的同一侧，成型凸轮安装于上滚轴，成型凹轮安装于下滚轴，从动凹轮则安装于侧滚轴。

一种大曲率半圆弧状管口加强件的滚弯成型方法，包括以下步骤：

1毛坯定位；将管口加强件的展开毛坯置于成型凹轮卡槽之间，利用机床旋转轴调节上、下滚轴之间的距离，使成型凸轮与成型凹轮间隙等于管口加强件的材料厚度。

2设定成型凸轮、成型凹轮和从动凹轮相对位置关系；

2－1确定管口加强件弧形圆心O的位置；依据成型凸轮与成型凹轮轴心连线以及管口加强件的整体弧形半径R1初步确定出管口加强件弧形圆心O的位置。

2－2确定侧滚轴纵向位移；从动凹轮槽口截面形状与成型凸轮和成型凹轮的纵向投影相匹配，通过侧向调节手柄调节侧滚轴纵向位移。依据管口加强件的整体弧形半径R1确定侧滚轴的高低，从动凹轮内卡槽半径为R2，调节从动凹轮位移，使其轴心到圆心O的距离d＜R1+R2。

2－3调试成型凸轮、成型凹轮和从动凹轮相对位置。初步调节好滚轴间距离，滚压一段并用样板测量，然后据测量结果再对滚轴间距进一步调节，从动凹轮轴心到管口加强件圆心O的距离d＝R1+R2－L，针对A286合金材料，L取值为20－25mm。

3利用三轴滚弯设备成型；展开毛坯进入成型凹轮卡槽，受到成型凸轮的挤压而沿着滚轮截面形状发生塑性弯曲变形，并在成型凹轮的转动下，展开毛坯和滚轮之间产生摩擦力使得材料不断前进，当触及从动凹轮时，产生侧向压力，使管口加强件成型。

4管口加强件从三根同步旋转的滚轴间通过，并连续产生轴向和纵向塑性弯曲变形，从而获得所需的截面形状和弧度外形。

本发明的有益效果在于：1)本发明的成型模具采用三套滚轮的组合成型结构，使板料平面收缩变形转变为纵向挤压拉深变形，改变了材料的变形方式，可以成型曲率较大、较封闭、甚至接近封闭圆形的加强筋槽结构件，解决了高温合金大曲率回转体加强件不易成型及回弹大等难题。2)该成型模具的安装与操作方法简捷方便，容易推广实现，同时采用截面展开尺寸直接成型，减少了切割及修正工作量。3)该成型方法解决了传统冲压成型失稳起皱，而手工成型难度大、回弹不易修复等缺陷，摆脱了对人操作技能的依赖，提高了零件成型准确度，最终得到光滑流线的产品。4)该组合模具结构简单，容易实现，使用一组截面形状的滚轮可以成型出不同曲率零件，模具数量少、制造成本低、产品质量稳定。

以下结合实施例附图对本申请作进一步详细描述。

附图说明

图1是大曲率、梯形槽口管口加强件整体结构及截面示意

图2是组合成型模成型凸模及成型凹模结构示意

图3是组合成型模各部件及展开毛坯装配位置示意

图4是组合成型模从动凹轮位置调节示意

图5是管口加强件滚弯成型后示意

图中编号说明：1管口加强件、2梯形槽口、3成型凸轮、4成型凹轮、5从动凹轮、6卡槽、7展开毛坯、8上滚轴、9下滚轴、10侧滚轴

具体实施方式

参见附图，实施例提供的飞机零件如图1所示，该零件1是一种大曲率高强度合金钣金零件，截面为梯形槽口2，用于加固管件的强度和密封性，利用现有技术成型最大的问题是冲压成型失稳起皱严重，而手工成型又难以使材料屈服，对工人的技术水平依赖大，零件表面质量差，且针对整体弧形超过1/2圆的结构无法成型。

本申请提出的成型模具如图2￣图3所示，成型模具含有成型凸轮3、成型凹轮4和从动凹轮5，所述的成型凸轮3纵向外轮廓截面与管口加强件1的梯形槽口2内形相匹配，所述的成型凹轮4纵向外轮廓截面与管口加强件1的梯形槽口2外形相匹配，所述的从动凹轮5外形轮廓与成型凹轮4保持一致，成型凸轮3和成型凹轮4通过外侧卡槽6进行导向定位，卡槽6间距与管口加强件1的截面展开毛坯7尺寸相匹配。

成型前，将成型凸轮3、成型凹轮4以及从动凹轮5分别安装于不对称三轴滚弯机的三个不同的滚轴上，不对称三轴滚弯机含有上滚轴8、下滚轴9以及侧滚轴10，上滚轴8与下滚轴9处于同一垂直面，侧滚轴10位于上滚轴8与下滚轴9的同一侧，成型凸轮3安装于上滚轴8，成型凹轮4安装于下滚轴9，从动凹轮5则安装于侧滚轴10。

本申请中成型模具各部件间位置调节如图4所示，将管口加强件1的展开毛坯7置于成型凹轮4卡槽6之间，利用机床旋转轴调节上滚轴8与下滚轴9之间的距离，使成型凸轮3与成型凹轮4间隙等于管口加强件1的材料厚度，从动凹轮5槽口截面与成型凸轮3和成型凹轮4的纵向投影相匹配，通过侧向调节手柄调整侧滚轴10纵向位移，依据管口加强件1的整体弧形半径R1确定从动凹轮5的高低，在成型凸轮3与成型凹轮4轴心连线上可以初步确定出管口加强件1弧形圆心O，从动凹轮5内卡槽半径为R2，调节从动凹轮5位移，使其轴心到圆心O的距离d＜R1+R2，由于材料厚度偏差以及弯曲弹性回复等因素影响，通常一次调节不能使板材获得指定的滚弯曲率，而是按上述经验初步调节好滚轴间距离，滚压一段并用样板测量，然后据测量结果再对滚轴间距进一步调节，再次调节的距离主要取决于材料的力学性能，针对A286薄壁大曲率管口加强件1，从动凹轮5轴心到管口加强件1圆心O的距离d＝R1+R2－(20－25)mm。

利用三轴滚弯设备成型，展开毛坯7进入成型凹轮4卡槽6，受到成型凸轮3的挤压而沿着滚轮截面形状发生塑性弯曲变形，并在成型凹轮4的转动下，展开毛坯7和滚轮之间产生摩擦力使得材料不断前进，当触及从动凹轮5时，产生侧向压力，迫使管口加强件1具有一定的曲率。

管口加强件1从三根同步旋转的滚轴间通过，并连续产生轴向和纵向塑性弯曲变形，从而获得所需的截面形状和弧度外形。

需要说明的是，此种滚弯成型方法成型的管口加强件整体弧形半径不得小于1.2倍的成型凸轮工作半径；同时滚弯成型管口加强件两端会存在一小段直线区域，主要是由于成型凹轮和从动凹轮间空隙导致初始截面变形材料缺少纵向支撑，为此在展开毛坯计算上应在长度上考虑工艺补偿，单侧工艺补偿量应大于安装定位后成型凹轮下滚轴和从动凹轮侧滚轴之间的距离。