吴清娟
航空工业西安飞机工业有限责任公司，陕西 西安 710089
【摘要】针对垂直安定面前缘类典型的特点，在原工艺制造出现问题情况下，分别从零件特点、工装强度结构等方面分析，通过改进工装模具材料、结构、工艺参数，摸索出零件成形工艺改进，消除了过程制造存在的一系列误差，最终制造符合图纸及规范要求的蒙皮零件。
关键词 拉伸成形 工装模具 工艺优化
该蒙皮典型零件，此零件位于垂尾与后机身顶部连接处，位于迎风面，刚性要求较高，生产制造过程中，零件表面易出现滑移线、大面积橘皮等质量问题。
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图1 不同批次零件出现滑移线、橘皮示意图
2 正文
2.1 原因分析
根据零件实际生产状况，从零件结构特点、工装强度、工装结构进行原因分析。
2.1.1 零件结构特点
该零件典型，零件顶部两端头开口弧度相差太大，从下图2可以看出，零件一端头开口大，形成的喇叭状开口，零件另一端头向内收。高度落差大,拉伸过程中受力易偏移，出现受力不均匀情况，从图2可以看出零件达到贴胎时，在端头B处的变形非常小而大端头A处变形却非常大，已经超过了此零件材料的最大变形量，出现橘皮、滑移线等质量问题。
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图2 零件整体图
2.1.2 工装分析
工装强度：现有工装模具是木制框架、内部均布钢筋加强、胶砂填充结构，工装已经出现裂纹，经过补缝后强度严重降低，将直接影响零件成形结果。此蒙皮与前缘蒙皮相比曲度更复杂，拉伸成形时受力集中，对模具强度要求较大，木质胶砂结构存在变形。
工装结构特点：工装顶部中间位置低于两端头，带有“马鞍子”结构，易出现“憋气”而导致零件不贴胎。
2.2技术改进方案
零件出现橘皮、滑移线位置主要集中在零件喇叭状开口端头，主要解决喇叭状开口端头受力过大问题，顶部中间位置不贴胎，主要由拉伸过程中“憋气”造成，针对这些问题，从工装强度、工装结构，“憋气”问题寻找解决方案。
2.2.1 工装强度改进：
蒙皮均采用横向拉伸成形，成形时受力集中，对模具强度要求较大，将胶砂更改为铝制模具，铝制模具强度高，生产现场已经得到证实，在拉伸过程中几乎无变形。
2.2.2 工装结构改进：
喇叭状开口的特性导致对应端头拉伸端“胖”，经分析研究决定，把喇叭状开口一端侧面零件线5mm以外的非拉伸工作区模具削掉，同时侧面底部两侧100mm以下弧度过渡区更改为垂直到地面，经过这两处的调整，喇叭状拉伸端“胖”的问题解决。
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图3 小端头调高图
拉伸成形过程中顶部中间位置出现“憋气”现象，此区域极易出现零件不贴胎问题，拉伸成形时如存在封闭区域时必须考虑排气结构，最佳的方案是通气孔，考虑到零件“憋气”主要集中在中间顶部位置，研究决定拉伸模顶部增加3×φ3mm排气通孔，此孔的作用在于把四周贴膜时被封闭在凹陷处的空气排出去 。
2.2.3拉形参数确定
拉形系数实质板料拉伸后，变形最大剖面处长度Lmax与原长度L0之比：该值表示变形程度的工艺参数。
KL=Lmax/ L0= （L0+△Ｌ）／L0＝１＋δ
式中 KL——拉伸系数
Lmax——拉形后零件延伸最大处剖面的长度，ｍｍ
L0——拉形前零件该剖面的原始长度，ｍｍ
△Ｌ——拉形后零件在该剖面的绝对伸长量，ｍｍ
δ——该剖面长度上的平均伸长率，％
KL的数值愈大，拉伸的变形程度愈大。为方便计算，拉形系数KL可近视表示为零件变形部位的最大长度Lmax与最小长度Ｌｍｉｎ的比值：
KL= Lmax / L0 =1.01×Lmax /Ｌｍｉｎ≈Lmax /Ｌｍｉｎ
极限拉伸系数Kmax
极限拉形系数是在拉伸时，当板料濒于出现不允许缺陷时（破裂、滑移线、粗晶、橘皮等）拉伸系数，用Kmax表示。
Kmax =1+0.8 δＬ/(eμα/2n)
它与材料的机械性能、拉形包角和摩擦系数及钳口状况有关。
经查航空制造工程手册飞机钣金工艺，查到ＬＹ１２Ｍ的Kmax值如下表1。
表1 LY12、LC4的Kmax值
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铝制工装采用工装两端最宽处零件外形弧长为：560mm，而工装最窄处零件外形弧长为：535mm。我们可以用数学方法求出零件的拉形系数与已知的极限拉形系数相对照来决定该零件的拉形次数。
KL= Lmax / L0≈Lmax /Ｌｍｉｎ=560/535=1.047
伸长率约在4.7%，考虑到回弹等因素，最理想状态将零件成形到位需要控制伸长率5-6%。拉伸系数1.05-1.06，由表一查到LY12-M-δ1.5,极限拉形系数1.04～1.06,零件的拉形系数可能大于极限拉形系数，则需要进行两次拉伸成形，两次拉形成形为，淬火—预拉伸成形—中间淬火—拉伸成形。
3 技术进步点
工装选材：尺寸较大的零件必须采用金属结构，胶砂结构已无法满足成形时的刚性要求。
工装结构：当零件类“喇叭状”开口时，小端头模具微调高合适高度，同时适当削掉喇叭头非工作区域模具，以此调整拉形中拉形系数。
成形“憋气“发现与解决：发现了蒙皮拉伸成形时的”憋气“问题，确定拉伸成形时如存在封闭区域时必须考虑排气结构，最佳的方案是透气孔。
优化工艺流程：工装结构改进，重新计算拉伸参数，改进工艺流程，拟解决飞机垂直安定面典型零件出现橘皮、滑移线问题，生产出符合设计图纸要求的零件。
参考文献
[1]《航空制造工程手册》总编委会、航空制造工程手册飞机钣金工艺[M]、北京、航空工业出版社、1992年、353-366