飞机钣金第七章橡皮成型
西工大飞机钣金零件成形课件
3.
橡皮成形工艺
成形过程
与无压边圈的拉深成形相似 2）二次皱的形成阶段 3）皱的压平阶段
1）压缩失稳和首次皱的形成阶段
成形极限
凸曲线弯边成形系数：
K=
H H × 100% ≈ × 100% R+H R
极限弯边系数 K e
零件一次成形条件：K
飞行器制造工程
≤ Ke
飞机钣金零件成形
三、橡皮成形
4---橡皮
飞行器制造工程
飞机钣金零件成形
三、橡皮成形
橡皮承受高压时具有液体变形特征
2.
橡皮成形原理
1） 橡皮囊成形法
1-压型模 2-工作台 3-机床框架 4-橡皮囊 5-橡皮外胎 6-板料 框架式 成形设备--橡皮囊液压机 圆筒式
飞行器制造工程
飞机钣金零件成形
三、橡皮成形
2.
橡皮成形原理
2） 橡皮垫成形法
飞机钣金零件成形
一、概述
典型飞机钣金零件 典型飞机钣金零件特点 飞机钣金成形特点 学习内容
飞行器制造工程
飞机钣金零件成形
一、概述
蒙皮类零件
1.
典型飞机钣金零件
框肋类零件
异形复杂零件 整体壁板类零件
飞行器制造工程
飞机钣金零件成形
一、概述
2.
典型飞机钣金零件特点
平面尺寸大 刚度小 变曲率 结构复杂 外形尺寸精度要求高 品种多、数量少、小批量生产
飞行器制造工程
飞机钣金零件成形
三、橡皮成形
3.
橡皮成形工艺
凸曲线弯边成形（凸弯边） 凹曲线弯边成形（凹弯边） 减轻孔和加强窝的成形
成形 + 校形
橡皮液压成形
A
凸模
B 带压边圈的凸模
橡皮成形模具形式
• 凹模（图 C）。带有大圆角的深冲件的最合适模具是凹模。因为凹模 比凸模有更大的拉伸区。凹模能使板料受压区更好的贴附凹模表面。 • 胀形凹模（图 D）。胀形凹模的功用是把预成形的板料胀形进入模腔 内。这种模具应由几部分组成以便于能够拆开，使成形件能取出。
C
橡皮液压成形
橡皮液压成形
• 橡皮成形是利用橡皮囊作为弹性 凹模（或凸模），用液体作为传 压介质，使金属板料随刚性凸模 （或凹模）成形的一种软模凸模 （或凹模）成形方法。其中使板 料沿着模具成形的部分就是橡皮 囊，另外约束板料成形的一部分 就是刚性模。
图 1 橡皮囊液压机
橡皮成形研究和应用现状
• 橡皮囊成形属于液压成形，该成形方法是从管件液压成形推广而来，提出橡 皮成形最早的一份专利是在 1872 年。是用一块厚橡皮盖在模具和毛料之上 ，用一般压床对橡皮加压使零件成形。这种自由橡皮成形的方法有很多的缺 点：橡皮外流，压力小，分布不均匀，橡皮寿命短。 1938 年美国人盖林提出把一叠厚橡皮装在一个金属容框内进行橡皮成形的 专利。 1955 年美国人惠龙提出一个实现 1949 年提出的原理的新机床方案。 1963 年, 为了减轻成形机框架的重量和增强液室的强度,采用钢带缠绕增强 技术。
橡皮成形应用
• 汽车方面，顶盖、挡泥板、行李箱 盖板、车门、1/4 面板、防风支架、 发动机支架、排气罩、减震器托架、 赛车前轮罩、前增强板、摩托车油 箱。
• 飞机方面：现在在国外的现代化飞 机制造厂, 通过橡皮囊液压成形的 零件已达飞机钣金零件总数的50%以 上, 国内也占到 35%~40%, 且有进 一步增多的趋势。由于飞机钣金零 件一般为单件小批量生产, 因此需 要的成形模具数量很大, 以 L15 飞 机为例, 共有橡皮囊液压成形模 619 项, 占其钣金制造工装的 51.4%。
一种飞机钣金橡皮囊成形模具维护保养装置的设计
一种飞机钣金橡皮囊成形模具维护保养装置的设计石绍秋，张凌云，王永健，肖唐威（沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室，沈阳110136）0引言飞机钣金工艺是航空制造工程的重要组成部分，是使飞机能同时获得高结构效率和优良性能的基础制造技术之一。
飞机钣金橡皮囊成形工艺利用橡皮作为弹性凹模（凸模），用液体作为传压介质使金属板料随刚性凸模（凹模）变形的一种软模成形方法，提高了钣金件成形的质量，使成形零件可直接或少量修整便可用于飞机装配[1]，对于成形精度要求极高的飞机钣金件，其橡皮囊成形所用的模具也要求做工精细，并且成本高。
为了延长模具的使用寿命，除了在制造模具时选用合适的材料和做好表面强化处理，还需做好其在非工作时间内的防震、防尘、防锈保护，保证后续成形产品的精度[2]。
模具的维护保养是从源头保证钣金件质量的重要环节，传统的模具保养需要工作台、模具架、专用工具、润滑剂、清洗剂、棉纱等，更需要人力资源的保证[3],放置在模具架上的模具，时间久了容易沾满灰尘，表面形成锈迹，需要对模具锈蚀部分进行长时间的人工打磨，耗时费力，同时增加了对模具造成损伤的风险，影响再次成形钣金件的精度，造成产品的不一致性[4-5]。
针对上述问题，以材料为Q235钢的某型飞机的肋框类钣金件橡皮囊成形凸模为贮藏保养对象，提出一种飞机钣金橡皮囊成形模具维护保养装置，用以解决现有技术中存在的缺陷，并减少人工耗时。
1总体设计模具保养装置包括主箱体，箱体采用前开口设计，开口上端由铰链连接拉门，拉门前端安装有显示屏，箱体外部一侧设置有控制器，箱体顶部一侧装有网络信号收发器。
拉门和箱体顶板底面连接有1号伸缩杆，1号伸缩杆与拉门、箱体顶板均采用铰链连接，关闭拉门可使箱体处于密封状态。
根据Q235钢在大气环境下造成腐蚀生锈的条件[6-7]，在装置中设计了除湿系统、气压控制系统及温湿度和气压实时监测设备。
箱内顶板装有湿度监测仪、压力计，湿度监测仪和压力计所测得的实时数据可显示到显示屏上。
航空钣金类零件的橡皮垫容框成型技术
1 前言目前，很多异型钣金类零件的加工基本上还是采用传统加工方法，该方法需要操作者在模胎上手工反复校正，不仅劳动强度大，并且成型后的零件表面质量较差，零件一般不具有装配互换性。
为了满足生产需要，尤其是解决零件成型后的表面质量问题，提高钣金类零件的加工效率就变得越来越重要，因此需要研究一种新型的加工方法来实现对钣金类零件的快速成型。
橡皮垫容框成型钣金零件技术是借助压力机提供成型的外力，利用橡皮垫自身的弹性对零件进行包覆和挤压，靠容框模具的型腔来控制橡皮收缩的一种成型技术，即固定式容框成型技术。
在满足零件加工尺寸要求和几何公差的前提下，该技术可实现对钣金类零件的快速成型，提高零件的表面质量和加工效率。
2 成型原理及所用设备由于大多数航空钣金类零件对结构和装配位置有一定要求，尤其是蒙皮、盖板等装配时裸露在产品外部的零件，对外观质量要求较高。
因此，加工时不仅要关注零件的成型效率，而且要特别关注零件成型后的表面质量。
橡皮垫容框成型的工作原理是以液压机作为辅助设备提供运行动力，利用成型零件的容框（凸模和凹模）将待成型零件放置在模胎上、容框橡胶板下，通过压力机下行使容框的凸、凹模闭合，利用凹模内所放置的橡皮垫在受压过程中形成的封闭内腔和橡皮自身的弹性，使待成型的零件毛坯或金属板料在压力机所提供的外力作用下让材料沿着模具型面贴合，对需要成型的零件进行包覆和挤压，将零件紧紧贴在模胎表面。
橡皮垫容框成型是半模成型，具有模具简单、可缩短生产周期和降低制造费用等特点，而且零件成型的过程中橡胶垫受到挤压，可以充分发挥板料的塑性，减小零件的回弹量，成型后的贴胎间隙小，是一种先进的成型工艺。
经过多次试验，采用橡皮垫成型技术，可以满足零件成型后的贴胎间隙≤0.3mm的要求。
橡皮垫容框成型技术所使用的成型设备是我公司自主开发的橡皮垫容框，与压力机（作为辅助外力）配合使用，目前包括300t压力机容框、630t压力机容框和1600t压力机容框等系列。
钣金_07Pam-Stamp软件在橡皮成形数值模拟中的应用
Pam－Stamp软件在橡皮成形数值模拟中的应用陈磊（西安飞机工业（集团）有限责任公司技术中心，陕西西安，710089）摘要：钣金成形过程常会发生起皱、开裂和回弹缺陷。
采用数值模拟技术进行钣金成形过程仿真，从而修正模具设计，是消除缺陷、开展精密成形的方法之一。
本文介绍了钣金成形数值模拟理论和数值模拟平台，以凹弯边橡皮成形为例，对成形过程的厚度分布、回弹进行了数值仿真研究，为进一步开展精密成形研究奠定了基础。
关键词：数值模拟，橡皮成形，回弹1 引言钣金成形技术是利用金属塑性变形的特点，通过一定方式对板料施加压力，使其产生塑性变形，从而获得满足所需各种形状的零件。
钣金成形技术广泛应用于制造飞机部件（约占全部飞机零件的40%～50％，并提供飞机气动外形）。
钣金成形的普及主要是由于其设计灵活、生产率高、组装费用相对低和提供高强度和轻质产品的能力。
钣金件质量对于装配和最终件的形状方面是非常重要的。
关于钣金件的质量主要考虑的是成形性和尺寸精度。
在成形过程中材料成形性与承受起皱（由过量压缩导致）和破裂（由过量拉伸导致）的能力有关。
另一方面，尺寸精度包括成型件卸载后的回弹最小化。
回弹影响最终件的几何形状。
在成型件中尺寸变化影响装配过程，导致配合和表面抛光性能差、风隙噪声高和漏水等问题。
目前对于装配质量的要求日益提高，综合装配误差要求严格控制在较小的数值范围内，开展精密成形技术是一项迫切需求。
随着计算机技术的迅速发展以及有限元法在塑性成形中的成功应用，塑性成形过程中的数值模拟技术已得到迅速发展。
它为工序方案的确定，成形过程中的不合理现象提供了可靠的理论依据，对于减少试模时间，缩短产品开发周期，降低产品开发费用方面发挥着越来越大的作用。
采用数值模拟技术，精确预测板料成形过程的起皱、回弹和破裂行为，从而修正模具，是板料成形过程的发展趋势。
飞机钣金件具有品种多、产量小的特点，是应用数值模拟技术的最佳领域。
本文综述了有限元数值模拟技术的基本理论及平台，并应用Pamstamp进行实例研究。
飞机钣金第七章橡皮成型PPT课件
采用节能减排技术，降低橡皮成型过程中的能源消耗和排 放。例如，采用高效节能的设备、回收利用余热和余压等 措施，减少能源浪费和排放。
循环经济和资源利用
发展循环经济和资源利用，实现橡皮成型的可持续发展。 例如，采用可回收材料、废弃物资源化利用等措施，提高 资源利用效率和降低环境污染。
06
案例分析与实践经验分享
用于制造卫星和其他航天器的复杂曲面零件。
橡皮成型与其他成型方法的比较
与传统冲压成型比较
橡皮成型可以制造更复杂的曲面零件，且模具成本较低。
与数控机床加工比较
橡皮成型可以快速制造大型曲面零件，但加工精度和效率相对较低。
03
飞机钣金橡皮成型的料的选择
根据产品要求和工艺特性，选择 合适的钣金材料，如铝合金、不
成功案例介绍
案例一
某航空公司钣金维修项目
案例二
某飞机制造公司的钣金加工流程优化
案例三
某航空学院钣金教学成果展示
实践经验分享和教训总结
经验一
精确测量与材料选择的重 要性
经验三
安全操作规程的遵守与执 行
教训二
缺乏沟通导致生产效率低 下
经验二
工具和设备的正确使用和 维护
教训一
忽视细节导致产品质量问 题
降低环境污染。
工艺参数优化和智能化控制
工艺参数精细化控制
通过精细化控制橡皮成型的工艺参数，如温度、压力、时间等，提高成型质量和效率。例 如，采用先进的传感器和控制系统，实时监测和控制工艺参数，实现精准控制。
智能化成型技术
将人工智能、机器学习等技术引入橡皮成型领域，实现智能化成型。例如，通过智能算法 对成型过程进行优化，自动调整工艺参数，提高成型质量和效率。
飞机钣金加工工艺
飞机钣⾦加⼯⼯艺飞机钣⾦加⼯⼯艺钣⾦⼯艺就是把板材、型材、管材等⽑料，利⽤材料的塑性，主要⽤冷压的⽅法成形各种零件，另外还包括下料和校修。
飞机钣⾦制造技术是航空航天制造⼯程的⼀个重要组成部分，是实现飞机结构特性的重要制造技术之⼀。
现代飞机的壳体主要是钣⾦铆接结构，统计资料表明，钣⾦零件约占飞机零件数量的50%，钣⾦⼯艺装备占全机制造⼯艺装备的65%，其制造⼯作量占全机⼯作量的20%。
鉴于飞机的结构特点和独特的⽣产⽅式决定了飞机钣⾦制造技术不同于⼀般机械制造技术。
⼀．飞机钣⾦零件的基础知识1.1 钣⾦零件分类1.1.1按飞机钣⾦零件结构特征分类飞机钣⾦零件有蒙⽪、隔狂、壁板、翼肋、导管等。
1.1.2 按飞机钣⾦零件材料品种分类飞机钣⾦零件基本上可分为型材零件、板材零件和管材零件三⼤类，每类材料零件⼜可进⼀步细分：（1）型材零件：压下陷型材、压弯型材、滚绕弯型材、拉弯型材、复杂形型材；（2）板材零件：平板零件、板弯型材零件、拉深零件、蒙⽪成形零件、整体壁板、落压零件、橡⽪成形零件、旋压零件、热成形零件、爆炸成形零件、超塑性成形零件、超塑性成形和扩散连接零件、局部成形零件。
（3）管材零件：⽆扩⼝弯曲导管、扩⼝弯曲导管、滚波卷边弯曲导管、异形弯曲导管、焊接管。
因为飞机钣⾦零件形状复杂，数量庞⼤，板材零件相对较多，现做飞机钣⾦零件分类图如图1.1所⽰。
图1.1 飞机钣⾦零件分类1.2 钣⾦零件加⼯路线成千上万的钣⾦零件，制造⽅法多种多样，但它们的加⼯路线基本相同，⼀般都要经过如图1.2⼏个环节：图1.2 钣⾦件加⼯路线下料：裁剪（剪床）、铣切（铣床）、锯切和熔切。
成形：弯曲、拉深、旋压等。
热处理：粉末喷涂、表⾯氧化等。
1.3 钣⾦零件变形的基本特点钣⾦零件的种类繁多，形式各异，成形⽅法多种多样，但最基本的变形⽅式不外乎是弯曲、翻边、拉深、局部成形（或膨胀）。
板料成形时，材料的变形区往往是以上⼏种基本变形⽅式的复杂组合。
《飞机钣金成型技术》课程试卷(补考复习)
1．金属和合金在再结晶温度以下变形时，主要塑性变形方式是晶内滑移和孪动（孪生、双生）。
2．晶体中，由原子组成的平面称为，由原子组成的直线称为。
3. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示：，则单元内任一点外的应变可表示为＝。
4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量＝＋。
5．冷加工后，金属材料的强度指标（强度极限、硬度），而塑性指标（延伸率、断面收缩率），韧性。
6．一般来说，冲裁工艺主要是指和工序。
7．冲裁变形过程大致可以分为阶段、阶段和阶段。
8．每次冲裁将条料送入模具的距离称为步距。
9.冲裁模按照工序组合程度可分为冲裁模、冲裁模、冲裁模。
10. 为提高模具寿命保证冲出合格零件，冲孔模应先确定（凸、凹）模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制件最（大、小）尺寸。
11．冲裁模具的主要失效形式有：、、、和。
12．普通冲裁件断面具有、、和四个明显区域。
13.冲裁模按照工序组合程度可分为冲裁模、冲裁模、冲裁模。
14.间隙过小，模具寿命会，采用较大的间隙，可模具寿命。
15.弯曲变形区内的金属层称为应变中性层。
16.宽板弯曲可视为平面问题、窄板弯曲可视为平面问题。
17.拉深系数 m 是和的比值。
18.一般地说，材料组织均匀、屈强比（大、小）、塑性好、板平面方向性小、厚向异性指数（大、小）、硬化指数（大、小）的板料，极限拉深系数较小。
19. 橡皮成形的方法有两种，一是，二是。
20. 按照加力方式和夹钳相对模胎位置，拉形工艺可分为和两类。
21. 旋压成形是一种利用旋压工具，对装夹于旋压机上的旋转胚料施加压力，使之产生，从而成为所需零件的工艺方法。
22. 机身理论模线包括、以及长桁外形线。
23. 展开样板用来表达有弯边的或展平后的准确形状。
24. 指芯模每旋转一周旋轮沿母线方向的进给量。
25. 是按1:1的尺寸在专门的图版上准确地画出飞机的与结构形状，是根据模线加工出具有工件真实外形的平板。
26. 机身理论模线包括模线、模线以及外形线。
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橡皮硬度的影响
飞机钣金第七章橡皮成型
橡皮硬度的选择
容框中橡皮的选择也是容框设计的 主要问题之一
硬橡皮对成形过程是有利的。但 是，事物总是一分为二的，如果橡皮太 硬，要使橡皮表面形成与成形模一致的 形状，将毛料压得各处都和成形模相 贴，就需要消耗更大的单位压力，同时 容框表面的硬橡皮又易于磨损破裂
飞机钣金第七章橡皮成型
这种机床单位压力通常是400 ~ 500 kg/cm2，最大的单位压力有的达 1000 kg/cm2。由于单位压力高，零 件 的成形准确度高，所以手工校正工 作 量大大的减少。
飞机钣金第七章橡皮成型
爆炸橡的爆炸冲击 波压力作为压力能源。成形峰压值可达 3000kg/cm2。对于不锈钢和30CrMnSi钢 零 件的校形较为合适。
这种压床结构简单，投资少，压力大，成
形的零件精度高，特别是对于高强度材
料，但是爆炸冲击力较大，需要钢质模
具。
飞机钣金第七章橡皮成型
2．橡皮容框
橡皮容框是橡皮成形压床的主要部件之一。 设计橡皮容框时，除了考虑它的有效工作面 积外，还要考虑它能承受足够的单位压力。
—— 对于移动式容框中的单位压力，可根据 压床的压力P和容框的面积F来考虑；
飞机钣金第七章橡皮成型
因此，既为了使橡皮具有良好的流 动性，又为了有较好的消除皱纹的能 力，所以在容框的内部采用较软的橡 皮，而其表面层采用较硬的橡皮，它的 厚度一般为20 ~ 30 mm即可。这样， 同 时满足了两方面的要求。即使工作 表面 层被磨损或破裂，只要更换不厚 的表层 橡皮即可。
飞机钣金第七章橡皮成型
四、橡皮成形工艺
直线弯边 —— 弯 边 为 纯 弯 曲
（如机翼梁）
飞机钣金第七章橡皮成型
凸曲线弯边 —— 弯边受压应力，易起皱， 材 料增厚（如飞机肋、框零件）
飞机钣金第七章橡皮成型
凹曲线弯边 —— 弯边受拉应力，材料受拉伸 而变薄，易破裂 （如飞机框缘开口处加强边）
飞机钣金第七章橡皮成型
凸凹曲线弯边 —— 一个弯边受压应力， 一个弯边受拉应力 （如飞机框缘零件）
飞机钣金第七章橡皮成型
二、橡皮成形过程
飞机钣金第七章橡皮成型
由于橡皮具有很好的弹性，在压力作用 下，可以按照成形模的外形而形成任意形状。 利用橡皮这种对成形模形状的高度适应性，可 以在较大的容框下，一次成形出好多具有各种 内外形的零件，所以它的劳动生产率相对于手 工成形来说还是很高的。
也正是由于橡皮具有上述特性，实质上它 就 成了通用凹模，所以简化了模具结构。 因此， 它是多品种、小批量生产的飞机钣 金零件最 好的制造方法。
—— 深度
300 mm
3．成形模
—— 金属 （钢、铝、锌基合金）
—— 非金属 （夹布飞机胶钣金木第七、章橡精皮成制型 层板、塑料板 ）
容框移动式液压机
飞机钣金第七章橡皮成型
容框固定式液压机
飞机钣金第七章橡皮成型
a
3
4
5
(a)
飞机钣金第七章橡皮成型
筒形橡皮成形压床
飞机钣金第七章橡皮成型
是橡皮成形的专用机床，其结构 如图所示。这种机床结构比较简单， 总共仅有七大件：
第六章 橡皮成形
（骨架类零件的制造）
一、典型零件 二、橡皮成形过程 三、成形设备与工艺装备 四、橡皮成形 五、橡皮成形模设计
六、零件构造工艺性及典型工艺路线
飞机钣金第七章橡皮成型
一、典型零件
飞机钣金第七章橡皮成型
零件分类：
—— 直线弯边 —— 凸曲线弯边 —— 凹曲线弯边 —— 凸凹曲线弯边
飞机钣金第七章橡皮成型
飞机钣金第七章橡皮成型
橡皮容框深度
容框的深度和成形零件的高度有 关。 深度在300mm左右就可满足一般零件 的成形要求。而橡皮垫不应塞满容框的 整个深度，在其口部要空出20 ~ 25mm， 以免成形时，在容框完全罩住垫板前， 橡皮被成形模挤出容框外面，使橡皮损 坏。
垫板厚度在150 ~ 200mm之间
3．成形模——工艺装备
橡皮成形模构造简单，其外缘取决 于零件的平面形状。
成形模上通常需安装两个定位销， 定 位销之间的距离应尽可能大一些，应 避免置于成形模模面的对称位置。 成 形模的材料根据零件形状、尺寸 及产 量选用，可以是钢、铝、夹布胶 木、 精制层板、塑料板和锌基铝铜合金 等
飞机钣金第七章橡皮成型
飞机钣金第七章橡皮成型
加载盘 —— 实质上就是工作台，在成形时模 具和毛料盛于其中，然后加载盘进入机床成 形，成形后加载盘又退出机床，取下零件，一 个工作循环即告完成。
为了减少辅助时间，充分发挥机床的作用，一 台机床不少于两个加载盘。一个加载盘进入机 床成形，另一个加载盘做成形前的准备工作， 即向加载盘里摆放模具和毛料。
—— 对于固定式容框中的单位压力，实际上 就等于充进液囊中飞的机钣金高第七章压橡皮液成型 体的压力。
橡皮容框压力
橡皮成形所需的单位压力，过去由 于毛料的厚度薄，零件的曲率不大，所 以65 ~ 100 kg/cm2的单位压力基本上 满 足了要求。由于飞机结构的发展采用 了 高强度材料和较大厚度、高弯边零件 后，已广泛采用了350 ~ 700 kg/cm2以 上单位压力的高压橡皮成形。
圆筒、密封浮板、内胎、外胎、 容框、加载盘、垫板
飞机钣金第七章橡皮成型
圆筒 —— 机床受力部件
密封浮板 —— 当高压油进入浮板下 面，浮板下表面受压力，浮板浮起。 浮板周边压紧内胎起密封作用
飞机钣金第七章橡皮成型
内胎 —— 起密封高压油作用且具有 弹性。当充入压力油则鼓胀使外胎也 向外扩张，外胎压毛料按成形模成 形。当成形工作完了，由真空泵经导 管将内胎抽真空，这时内胎和外胎均 向上收紧，便于加载盘退出机床；内 胎是直接与油接触的，故必须是耐油 橡皮或聚氨脂橡胶。
飞机钣金第七章橡皮成型
橡皮成形过程特点
• 橡皮成形是利用橡皮高压如流 水的特点来成形零件 • 橡皮成形的特点是半模成形、 软模成形 • 适用于多品种、小批量的生产
飞机钣金第七章橡皮成型
三、成形设备与工艺装备
1．橡皮成形压床
—— 框架式
—— 圆筒式
—— 爆炸橡皮成形压床
2．橡皮容框
—— 单位压力 350~700 kg/cm2