渐进成形在整体壁板制造中的应用

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Building

A utomation ，A ug 2010，39（4）：37 38，75

作者简介：胡铭明（1981—），男，江西南昌人，硕士，助理工程师，主要从事机械设计工作。

渐进成形在整体壁板制造中的应用

胡铭明，高霖，韦红余

（南京航空航天大学机电学院，江苏南京210016）

摘

要：数控渐进成形工艺是一种新兴的金属板料柔性成形技术。加工过程无需或仅需简单

模具，故可在许多领域得到运用。尝试通过将渐进成形工艺运用于某整体壁板类零件的下半部分，了解到通过增加辅助面，从而增强零件的刚度，可以避免材料因随工具摆动造成破裂，完成此类零件的加工。

关键词：渐进成形；整体壁板；成形中图分类号：TG39文献标志码：B

文章编号：1671-

5276（2010）04-0037-02Application of Incremental Forming Process for Overall Wall Manufacturing

HU Ming-ming ，GAO Lin ，WEI Hong-yu

（College of Mechanical and Electrical Engineering ，Nanjing University of Aeronautics and

Astronautics ，Nanjing 210016，China ）

Abstract ：NC Incremental forming of sheet metal is an innovative and flexible forming．The forming process needs non-die or simple

die ，so the process is widely applied．This paper tries to use the incremental forming for bottom half of a overall wall product ’s man-ufacturing．During the process the metal is prevented from breaking because product sways with forming tool and the product ’s stiff-ness is enforced by adding aided surface．

Key words ：incremental forming ；overall wall ，forming

0引言

随着现代航空工业的发展，要求在初始设计阶段和后

期的制造阶段，采取新的方法和工艺，在保证甚至提高零件强度的前提下，尽量减轻零件的质量，从而实现飞机的整体要求。

渐进成形加工，是近几年新兴的一种柔性化的薄板成形工艺。与传统的冲压成型不同，它不需要专用模具或仅采用简单模具支撑，

就可以通过数控成形设备成形出成形极限较大，形状复杂的板材零件［1－3］

，是具有发展前景的新工艺。

渐进成形将复杂的零件模型沿高度方向分解成许多

等高层，

每个等高层中零件的轮廓线为一封闭曲线，数控机床控制成形工具沿着封闭曲线在板料上运动实现每层

的加工通过逐层从而完成整个三维零件的外形加工。

1

常用的整体航空壁板成形方法

1．1

整体壁板的优势

大型整体壁板主要用于飞机机翼和机身，以及地板和

壁板等重要部位，与传统的铆接组合式壁板结构相比，大型整体壁板结构件具有如下优点［4－6］

：1）由于取消了零件之间连接用的螺栓、铆钉等附件，减轻了飞机整体的质量；2）由于不需要铆接等安装工序，大大减少装配工序的周期和

工作量，减轻劳动强度；3）减少开孔等造成的应力集中，可

提高部件的强度和刚度；4）零件表面没有了铆钉等造成的表面不平，提高整体的气动性能，并能提高装配品质。

1．2

整体壁板常用成形方法

1．2．1

喷丸成形技术

喷丸成形技术是利用高速球丸撞击金属板材的表面，

使受撞击的表面及其紧靠的下层金属材料产生塑性变形而延伸（图1），从而逐步使板材发生向受喷面凸起的弯曲变形而达到所需外形的一种成形方法

［7－8］

。

图1喷丸成形原理图

1．2．2

蠕变时效成形技术

蠕变时效成形技术是利用金属的蠕变特性，将成形与

时效同步进行的一种成形方法［4］

（图2）。使坯料产生一定的弹性变形，一起保温一段时间，零件上的部分弹性变形将转变为永久塑性变形并保持下来，从而使零件在完成时效强化的同时获得所需外形

［5，9］

。

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》

图2蠕变时效成形原理图

2渐进成形技术在整体壁板成形中的应用

2．1渐进成形技术在整体壁板成形应用中的优势

采用传统冲压进行加工，困难不仅是制造尺寸非常大的冲压模具和冲压机床，成本昂贵，且无法解决大尺寸壁板毛坯中的回弹问题，无法满足装配要求。

渐进成形的加工过程中，仅在成形工具与板料接触区域发生塑性变形，

从而可以通过控制每一个局部点的回弹来实现零件整体回弹的控制，达到所有零件的成形一致性，

实现所有零件在装配时的通用性。另外，由于渐进成形的工具非常简单，不需要模具

或仅需要简单支撑模具。成本及工艺改进方面，

有极大的优势。渐进成形工艺分为正负成形两种，分别可以选择从板料的两个相反的表面进行加工，在制定加工工艺时可以将加工后的残余应力考虑在内，选择正成形或负成形，利用成形后零件的残余应力提高零件的抗疲劳能力。

2．2

采用渐进成形工艺成形整体零件

2．2．1

零件分析

加工的零件为某型整体壁板的下半部分，其模型如图

3所示，为截面曲线沿截面法向母线延伸生成的曲面。图3中的模型包括两部分，图3（b ）中所看到的曲面及两侧

的60ʎ斜面。其中曲面为所需要得到的形状，两侧斜面是为了完成加工而增加的辅助面

。

图3壁板零件的三维模型

零件加工选用无模成形方法。由于加工材料为1．2mm 厚铝板，其自身刚度较差，加工时，成形工具在板料内表面运动，若不增加斜面增强零件刚度，在加工到曲面下部时，由于刀具相对于固定处的作用力矩不断加大，零件将会随着刀具的运动发生左右摆动。固定处材料极易发生屈服，甚至断裂。故在建立加工模型时，增加两侧的60ʎ斜面。

截面曲线由两侧的直线和底部的圆弧组成，角度最大值在直线处，为68．25ʎ。根据的研究知道，渐进成形工艺

用于LY12M 时，成形极限角大概在60ʎ 70ʎ之间［10］，若成形过程中超过此成形极限角很容易发生缩颈失稳，导致

成形失败。加工材料为某种退火态铝板，零件模型中最大的成形角为68．25ʎ，故可以采用渐进成形工艺进行试加工。2．2．2

渐进成形工具及设备

本次加工所用的成形工具为直径8mm 的球头杆，成形设备为南京航空航天大学自主研制的渐进成形机床，如图4所示。由于成形机床的工作平台尺寸为600mm ˑ

1000mm 。其他必须的成形工具还包括固定板料所需的装夹支架

。

图4

成形工具及渐进成形机床

2．2．3

加工过程

加工的目的是为了验证渐进成形方法在整体壁板零

件加工中的可行性，

选择负成形方案。在零件的CAD 模型基础上，利用UG 软件的CAM 功能生成刀轨路径。再

（下转第75页）

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