橡皮囊液压成形零件常见缺陷分析

橡皮囊液压成形零件常见缺陷分析
成都飞机工业公司 戴美云 张和兴
[ 摘要 ] 橡皮囊液压成形零件的常见缺陷有裂纹、起皱、回弹等, 本文对这些缺陷逐一进行了分 析并提出了预防办法。
关键词: 液压成形 缺陷 钣金 [A b st ract ] T he comm o n defect s in hyd ro fo rm ing w o rkp iece s a re crack, w rink le, bo und, and so o n. T h is p ap e r ana lyze s the se defect s and p u t s fo rw a rd p reven t io n m e tho d s. Keywords: H yd ro fo rm ing D efect Shee tm e ta l
以液压囊为弹性凹模 (或凸模) , 以油为传压介 质, 使金属板材在凹模 (或凸模) 上成形的方法称为 橡皮囊液压成形, 简称橡皮液压成形或液压成形。
液 压 成 形 工 艺 早 在 50 年 代 就 被 航 空 工 厂 采 用。 但 是 由 于 设 备 条 件 的 限 制, 压 力 只 有 80～ 400 kg cm 2, 属于低压橡皮成形, 零件成形后需手工校 形。成都飞机工业公司从瑞典 ABB 公司引进了一台 7. 7万吨液压机, 具有压力高、台面大的特点, 零件成 形后手工校形量较小, 为提高液压零件的成形质量 提供了良好的条件。以下针对此型液压机成形零件 常出现的缺陷做一分析, 并提出预防措施。
图2 凸弯边的成形极限图 (2) 在毛料上放置硬垫板 压制凸弯边零件时, 最常用的防皱手段是在毛 料顶面放置一块肖氏硬度85～ 95 的聚胺酯橡皮垫 板, 厚度为6～ 12mm , 垫板应能覆盖整块毛料。如果 垫板在弯边区域内符合毛料的形状, 效果将更好。 (3) 加大成形压力 零件压制到某种程度后, 要想进一步消皱就需 要提高成形压力。较高的橡皮压力下, 橡皮可附加给 板材一个较大的向下摩擦力, 有助于消皱及减少回 弹。飞机铝合金零件通常的控制线是要求压力高于 70 M Pa, 但如果参数 R 、h、t 等不合理, 使用高的压 力, 往往会在皱折处出现死皱。由经验得知, 压制复 杂零件时初始压力不能太大。 (4) 采用毛料压紧装置 在模具上增加防皱块, 它和橡皮的压紧力对毛 料产生一定的压力作用, 可以有效地提高零件的成 形极限。 (5) 先后用两种模胎成形 先采用凸模成形, 再采用凹模成形。此方法不仅 可以消皱, 还可提高零件的弯边高度和尺寸精度。 (6) 改进设计结构——采用人工皱 在零件易皱部位的弯边上设计一定形状和一定 数量的人工皱。
2. 防皱方法 (1) 控制成形极限 ABB 公司提供的凸弧弯边的成形极限图如图2 所示, 控制有关参数, 可以有效地防止起皱。
log (h t)
塑性皱 c
最小弯 b 边高度
a
零件良好
弹性皱 d
a 零件大凸弧半径R时 的最小弯边高度
b 为小R时最小弯边高度 c 为塑性皱的极限 d 为弹性皱的极限
log (h t)
1 裂 纹
裂纹和劈裂纹常发生在凹弯边成形、梗的成形
及复杂零件的拉深成形时, 下面分别进行论述。 1. 凹弯边裂纹产生原因 (1) 超过了凹弯边成形极限 一定相对厚度 (H t) 的板料具有一定的极限相
对弯边高度 (H R ) , 超过此值将出现边缘裂纹。ABB 公司提供的凹弯边成形极限图如图1所示, 克服裂纹 的主要方法是修正毛料尺寸, 效果不明显时则应修 改设计尺寸。
板面下陷加深0. 2mm ; 下陷过渡区长度不大于5mm
时延长 0. 5mm ; 下陷过渡区长度大于 5mm 时 延 长
1mm。
4 不满意的自由成形半径
压制复杂零件时, 压力不足或模具内存有空气 将导致零件不能贴模。防止的措施是:
(1) 在允许增加压力的情况下, 适当加大压力。 ( 2) 低压下在零件上覆盖一块肖氏硬度45～ 50 的聚乙稀板。 (3) 利用楔形块或梗条增加局部压力。第一次成 形时只用一块软施压垫来压制毛料, 第二次成形时 把楔块放入部分已成形出的凹坑中, 再在整个毛料 上放置一块硬橡皮作为施压垫, 成形压力作用在楔 块上, 使凹坑中的局部压力得到加强。楔块一般按模 具形状制造, 不考虑毛料厚度, 可用低熔点合金或聚 胺酯材料。 (4) 如果压凹的四周都是密封设计, 为使空气从 毛料下排放出去, 需在压块和毛料之间安排通气孔。 (5) 如果零件不宜使用楔块, 可在首次成形后退 火, 再成形; 或采用多次成形法, 即将3～ 6mm 厚的聚 乙烯板加热至130℃, 保温25分种后在模具上加压, 使其产生塑性变形, 零件首次压制时放在塑料板上, 第二次压制时取下塑料板, 进行最终成形。 (6) 润滑模具或毛料表面, 便于毛料向压凹区流 动。 (7) 在同一模具上有多个自由成形半径 , 采用 塑料顶帽, 把较大面积上的压力集中到有皱纹的局 部接触面上, 以提高局部压力。
参考文献 (略) 姓名: 戴美云 邮编: 610092 地址: 成都飞机工业公司总工艺师室
1997年第2期
3 回 弹
塑性变形中存在着弹性变形分量, 因此成形力
— 28 —
卸去后零件必然要产生回弹。回弹与下列函数有关:
弯曲半径、毛料厚度、弹性模量、材料的应变指数、成
形压力等。回弹随着压力的增加而减小, 但当压力已
保证毛料与模具完全贴合时, 即使再增加压力, 回弹
也不会减小。解决回弹最可行的办法是修出回弹量,
log(h t) 破裂 c
a 为R值较大时的最小弯边高度
最小弯 b 边高度
d 起皱

b 为小R值时的最小弯边高度 c 为裂纹极限
a 零件良好 e
d 为小R值时的弹性起皱极限 e 为大R值时的弹性起皱极限
log (h t)
图1 凹弧弯边的成形极限图 (2) 毛料边缘太粗糙 在剧烈的拉伸弯边上, 毛料边缘毛刺是产生裂 纹的隐患。 (3) 材料不能简单地发生所需的延伸
航空制造工程
在同一模具或不同模具上进行两次或两次以上 成形时, 第一次成形工序中的压力过高, 将导致裂纹 的产生。
(4) 弯曲半径处裂纹 裂纹出现在弯边半径处而不是弯边边缘, 其原 因是模具弯曲半径太小或零件材料太脆。 2. 防止凹弯边裂纹的措施 (1) 在危险面上采用锥形弯边保护, 凹弯边要逐 渐变化, 不能突变, 一般锥形角不超过15°。 (2) 如凹弯边没有特殊的强度要求, 可采用开口 成形凹弯边, 所有的开口沿弯边的弯曲半径方向。 (3) 预先放料增加弯边极限高度。通常可用点击 锤打薄凹弯边, 成形时预先将三角区所需的料放出 来; 或是将凹弧边区的两侧板打薄, 成形三角区所用 料可以从两侧拉过来。 3. 梗的裂纹 过度拉深可造成裂纹出现在梗或压窝上。与常 规拉深不同, 梗或多个梗成形时, 只有非常有限的材 料从相邻面流入梗中, 因而梗成形时往往采用如下 做法: (1) 多次成形法 深度宽度比超过0. 2的铝合金零件, 可采用多次 成形法或在M 状态下预先成形, 淬火时效期内第二 次成形。此方法可使深度宽度比提高到0. 3。 (2) 增加材料流动性 通过对梗附近的模具和毛料表面进行润滑、改 变覆盖橡皮硬度及修剪掉多余毛料, 来增加材料的 流动性。 (3) 手工辅助法 在零件压制前用手工敲出梗的部分, 然后再压 制, 可大大减少裂纹出现的机会。
2 起 皱
钣金件成形中, 当压缩变形力大于板件抗压稳
— 27 —
定性, 即成形的压缩变形大, 而板件相对厚度小, 受 压区材料四周的支持状况差时, 就会起皱。起皱主要 发生在凸弯边上, 也可能发生在不规则形状的凹穴 成形区域内。
1. 起皱原因 起皱发生在凸弯边上的主要原因有: 轮廓半径 R 太小、弯边高度 h 太高、材料太薄、抗拉强度 Ρ 太 高、弹性模量 E 太小、压力太低、与毛料接触的橡皮 硬度不够等。
但回弹量的修定十分困难, 零件形状不同, 回弹也不
同。ABB 公司介绍了当压力为100 M Pa 时, 下列材料
的回弹量:
材料
回弹量
2024 O 状态
1° ～ 1°30’
2024 W 状态
2°
钢
1°
镍基超耐热钢
2° ～ 5°
一般液压成形时, 梗及压窝、翻边孔、减轻孔的
成形不考虑回弹; 弯边下陷在型胎上加深0. 1mm ; 腹