超宽蒙皮组合分段成形工艺研究

何刚

【摘要】本文以飞机超宽蒙皮零件成形为研究对象，通过组合分段将整片蒙皮分成不同曲率段，对双曲率较大的型面拉伸成形，保留拉伸过渡区，对过渡区及未成形的较小双曲率部分或单曲率部分进行滚弯成形。最终以较低的材料成本完成生产任务，且达到90~93%的材料利用率，减少了生产过程中的制造浪费，研究效果明显。

关键词：双曲率 单曲率 拉伸 滚弯

1 引言

飞机制造业中，随着飞机载重的增加，机身蒙皮的尺寸也逐渐变大。各机型中开始出现一种宽度方向超过2000mm的超宽蒙皮。市面上常用铝合金板材的宽度为2200mm。该类零件整体上常为双曲率蒙皮，中间部分双曲较大，两端部分横向曲率大，需采用拉伸成形的工艺方法。

现常用纵向拉伸的工艺方法来成形此类零件，但由于蒙皮宽度方向曲率较大，且展开后多呈梯形，在拉伸时窄端需要采用特制钳口进行拉伸，并且需要加长零件拉伸过渡区以消除钳口弯曲产生的褶皱。以某零件为例，蒙皮零件的尺寸为2750 mm ×2000 mm，而纵向拉伸所需毛料尺寸为6000mm×2400mm，材料利用率仅为38.19%，浪费非常严重。若采用常规横向拉伸的工艺方法，所需毛料尺寸3100mm×2980mm，但这种板材市面上难以采购，且费用昂贵采购周期长。

2 零件技术原理及方案

本文拟采用通过对零件进行曲率分段后，将不同曲率段分段成形的组合式工艺方法进行零件制造。蒙皮零件尺寸2750 mm ×2000 mm，现所需毛料尺寸为3000 mm×2200 mm的常规铝板。

沿蒙皮长度方向提取多个截面进行曲率分析，得到不同截面的曲率分布段。根据曲率分布段的分布，将蒙皮分为单曲率区域1，双曲率区域2，见图1所示。在划分区域时，在双曲率区域基础上，两侧分别增加宽度为S/2的单曲率区域，作为拉伸成形区域，S为滚弯成形时下滚轮的中心距，以消除后续滚弯成形工序造成的直线段。

图1零件曲率分析示意图

单曲率区域1划分的原则为： ；双曲率区域2的划分原则为：，式中A为截面最高点与零件两端点所在直线的距离。L为截面上两端点之间距离，见图2所示。

图2零件长度方向截面示意图

3 零件成形过程

3.1 双曲率区域拉伸成形

将蒙皮的拉伸成形区域使用相应的工装进行拉伸，保证拉伸模3的圆角为R≥15mm。拉伸成形时，将毛料装夹到拉伸模3上，拉伸机钳口4将毛料加紧后，对零件进行拉伸，拉伸过程中保证蒙皮与拉伸模接触部分6贴合的同时，需使拉伸过渡区5与拉伸模3边缘保持相切，拉伸机钳口4与拉伸过渡区5保持平行。

图3拉伸成形过程示意图

3.2 单曲率区域滚弯成形

将零件未成形区域7进行滚弯成形。通过调节上滚轴7与下滚轴8之间的距离，调整成形曲率。滚弯时，由双曲率区域与单曲率区域之间交界处向外延伸 ，作为滚弯成形的开始区域9，由内向外加工，同时采用垫层板10的方法消除滚弯工艺产生的边缘直线段。滚弯成形后，将拉伸时钳口夹持部分及零件多余部分切除。

图4滚弯成形过程示意图

4 结论

1. 充分利用拉伸过渡区，通过滚弯成形使过渡区成为零件的一部分，从而节省材料，材料利用率高达90~93%。

2. 使用市面上常用板材即可成形大部分超宽蒙皮，节省零件制造费用。

参考文献：

[1]李超,铝锂合金双曲面蒙皮拉形技术研究[D],上海:上海交通大学航空制造,2016.

[2]党晖，周密，龚甘霖，铝锂合金飞机蒙皮滚弯成形试验研究[J]， 精密成形工程,2014,06.

[3]阳波，赖丽珍，陈金平，飞机研制阶段变厚度单曲率蒙皮快速成型法[J]，智能制造，2015，08.

4