多向作用力状态下的前缘蒙皮零件成形方法的研究

用力，改善成形应力状态，充分发挥零件材料塑性；利用拉形成形和压形成形相结合的成形方法，对前缘蒙皮生
产过程中存在的回弹问题进行生产性试验和测量分析，实现前缘蒙皮零件精准成形。
关键词：飞机蒙皮 应力状态 拉形成形 压形成形
中图分类号：V26
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2019）11-0047-02
2012 年，上海飞机制造有限公司钣金制造车间 的刘垒等[4]，进行了飞机前缘蒙皮数字化精确拉形技 术研究。总结分析飞机前缘蒙皮的成形工艺特点，选 取典型零件，设计和加载轨迹方案及参数，利用有限 元分析进行工艺参数优化，分析主要工艺参数的影 响规律，根据有限元结果，利用 FCEFE3 软件生成数 控代码，进行生产验证，获得了合格的零件。
将零件成形工装固定于成形设备平台上，设备 由封闭式焊接钢板框架组成，采用可编程软件控制。 在主体框架左侧安装一固定拉伸缸，另外一侧配置 一个可移动拉伸缸，用于两侧纵向拉形，单个拉伸力 为 300 kN；框架上梁部位悬挂多个液压缸，用于固 定上模并压形，试验零件采用两个液压缸，单个拉伸 力为 36 kN。
1 蒙皮零件成形研究概述 前缘蒙皮类零件是构成飞机气动外形的关键
零件，该类零件曲率半径小，外形尺寸长，生产精度 要求高。常用的成形方法有闸压成形、拉形成形、橡 皮成形等。随着航空航天技术的发展，这些传统的 凭借操作工经验以及通过反复试验为基础的生产 方式已经无法满足现代飞机所需的技术质量及生 产进度要求。
2017 年，合肥工业大学的柏玲磊等人[5]提出了 振动辅助拉伸成形的新工艺方法。在飞机成形过程 中，通过对模具施加一定方向、频率和振幅的可控振 动，使得板料与模具之间的力产生周期性加载与卸 载的效果，从而减小摩擦力，释放出大量的应力，有 效减小回弹。
利用有限元软件分析、优化工艺参数、补偿模具 回弹角度或是采用振动法释放应力等方式，均能较 好地控制零件成形后的回弹量，然而工艺准备过程 复杂，操作人员专业素质要求高，所获取的试验参数 决定于有限元软件的精度，其准确性有待验证，短时 间内较难实现量产。本文结合拉形与压形成形的特 点，提出了多向作用力下的成形工艺方法，通过拉形 和压形相互交替成形，改变零件成形应力状态，很好 地解决了回弹问题，并能较快实现该类零件量产。 2 多向作用力成形工艺方法
总第 199 期 2019 年第11 期
机械分析与设计
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
T16525/14-1134/th.2019.11.019
多向作用力状态下的前缘蒙皮零件成形方法的研究
2011 年，沈阳航空航天大学宫林东等[2]，开展了 机翼前缘蒙皮橡皮成形回弹数值模拟分析。以有限 元软件 ANSYS 为平台，针对飞机前缘蒙皮铝合金板 2B06-T3，建立成形与回弹过程的数值模型，研究影 响数值模拟回弹预测精度的关键因素 - 单元积分类 型、网格尺寸、接触与摩擦等，得出了网格尺寸与回 弹角关系、动摩擦系数及模具回弹角参考值。同年， 北京航空航天大学彭静文等[3]与中国商飞、上海飞 机制造有限公司、朱明华等合作，开展了机翼前缘蒙
成形力卸载后的回弹现象所造成的零件不贴模 问题，是蒙皮零件无法满足精度要求的关键所在。为 了克服回弹或减少回弹现象，在国外对蒙皮成形的 研究内容主要包括拉伸成形的基础机理、解析分析 和有限元模拟以及回弹补偿修模并开发了自动化程 度较高的蒙皮拉形过程分析软件[1]。在国内，蒙皮成 形技术的系统研究工作主要集中在航空主机厂和航 空航天院校，从复杂蒙皮拉形工艺技术、镜面蒙皮成 形机理、有限元仿真软件开发、工程参数优化和工艺 设计与制造系统软件开发等方面进行了研究，针对 于前缘蒙皮类零件也开展了一系列的研究。
对于前缘蒙皮零件采用压模成形时，在压力作 用下，零件塑性变形区主要集中在零件圆角处，零件 两侧立边部位为变形薄弱区，远未达到塑性变形要 求；采用横向拉形成形时，零件两侧立边作为传力区
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第 34 卷
域，不与拉形模接触，没有模具表面的摩擦作用，塑 性变形大，易拉薄，因而零件拉形量有限，圆角处塑 性变形不够，同时对于开口尺寸较小的零件，普通的 拉形机无法提供合适装夹位置。针对这种情况，本文 提出了纵向拉形成形与压形成形交替进行相互结合 的工艺方案，同时施加拉力与压力，改变应力状态， 形成具有两个压缩应变的立体应变状态，充分发挥 材料塑性，减少回弹，成形方法整体框架图见图 1。
王建华， 徐 驰， 赵 柳
（中国航空工业昌河飞机工业（集团）有限责任公司二十三车间， 江西 景德镇 333000）
摘 要：蒙皮成形技术是航空航天制造领域的一项重要的加工技术，其先进程度是衡量一个国家飞机制造能力
和水平的重要标识之一，因此研究蒙皮成形技术对于我国航空制造具有十分重要的意义。通过改变零件成形作
理论数模
工装设计 数控 代码
拉形位移
拉形 / 压形次数 成
形
参
拉形速度
数
设备调试 模具摆放
数控 代码 毛料装夹
预压形 第一次拉形 第一次压形 虚
拟 成 形 第 X 拉形 第 X 压形
3 生产试验 本文选用某型机前缘蒙皮零件作为生产试验
对象，材料为 0Cr18Ni9-δ0.4（固溶），毛料尺寸为 1 800 mm×290 mm。成形工装主体采用压模式结构， 使用具有一定硬度的柔性材料，按零件外形面加工 成凹模，通过胶贴方式固定于上模容框中，并采用环 氧树脂填充间隙。
收稿日期：2019-09-25 第一作者简介：王建华（1984—），男，本科，毕业于南昌航空大 学飞行器制造专业，工程师，现就职于中国航空工业昌河飞机 工业（集团）有限责任公司 23 车间工艺室。
皮拉形工艺参数优化与试验。通过分析机翼前缘蒙 皮零件的典型成形方案，确定了主要加载轨迹参数， 利用正交试验设计拉形工艺方案，通过有限元分析 结果，对工艺参数进行设计和优化，经过生产试验， 获得了成形质量较好的试验零件，并进行了厚度、应 变测量和对比分析，验证了有限元模拟的精度。