摘要：本文介绍钣金蒙皮拉伸零件拉伸松动及不靠胎对装配的严重影响。并且介绍了蒙皮拉伸成形技术，涉及到工装选择、工艺准备、工艺参数、切割、校形等全过程。
关键词：起皱；拉形；上盖；收边
1.引言
本文主要概括了MA-6950-000-053零件的成形加工。此零件的材料为LY12-M-0.8，尺寸大，形状复杂，现有机床设备是VTL-1000，此零件上有大面积的下陷，拉伸成形困难，由于材料薄决定了零件成形难度，成形后斜面部分不能贴胎、零件容易起皱。
2.难点分析
MA-6950-000-053材料为LY12-M，毛料尺寸为δ0.8×1210×1240，外形如图1所示，存在问题：斜面积为900mm×1400mm的凹坑，型面为双曲度，顶部类似前缘，在中间部位高两侧底，高度差为5MM左右，对于薄料成形很难，容易起皱产生波浪，在拉伸过程中材料容易堆积在一起。底部呈波浪状、局部存在马鞍子现象、结构不对称、形状复杂、顶部弧度大。拉伸过程中在斜面与过渡区部分产生断裂现象，且需手工辅助成形，手工成形中用铅皮修整斜面表面时起皱、容易产生裂纹以及棱子等影响零件表面质量。
图1 零件外形
3.技术方案
(1）机床选择
S型蒙皮需要有上压装置的拉伸机。用偶合上下模进行拉形成形，选用纵向蒙皮拉伸机拉伸。
型号：VTL-1000
成形方式：综合式。可调整为纵拉式也可调整为横拉式。
最大吨位：907公吨（1000美吨）。
主钳口长度：4064mm（160英寸）。
钳口间距离：0～12187mm（0～480英寸）。
控制方式：CNC，具有相切跟踪、屈服点探测和反复使用拉伸记录等现代化功能。
操作方式：手工、半自动或全自动操作。
成形速度：0～5.08mm/s（0～12 IPM），无级变速。
钳口动作：仰角 0～90°
两侧前后摆动 －20°/＋20°
垂直面内旋转 －10°/＋10°
最大夹紧力 31.06MPa（4500 PSI）
(2）成形过程
拉形过程中，拉伸模和夹钳之间毛料属于传力区，由于该处材料不与模胎接触，容易变薄而在夹紧部分还可能出现应力集中，材料容易在该处断裂，对毛料边缘砂光，可防止因毛料缺口等缺陷使零件产生应力集中而断裂。调整机床夹紧毛料，设定拉伸工艺参数。拉伸过程同时使用收边机把材料边缘松动的部分收紧，收边时应注意收边的力度松紧要合适，太紧时在拉伸时中间没拉靠边已经拉断了，太松会造成淬火后拉伸量过大出现桔皮或拉断。由于毛料淬火后存在变形，拉伸时需稍拉伸后再进行细微调整，使毛料两边变形量基本一致，蒙皮上有多处鼓包，可用打板拍打鼓包处。
材料表现出边缘松动，用铝榔头从边缘波纹的根部起以 1~1.5 倍波纹长度为中心敲打直到波纹根部，且不可一直敲打边缘，锤击点应疏散，锤击力由重渐轻。
针对零件的外形特点及出现的问题，采取以下措施进行：
工装采用基体为铸铝，表面采用环氧树脂，增加局部上盖，主要是对大斜面加上盖，上盖基体材料主要以铸铝为主，两边距工装边缘为80mm处为铸铝，中间零件部分为环氧树脂材料，以便成形零件过程不产生滑伤，四周用四个螺钉将上下盖固定，并增加两个定位销以保持上下盖相对位置确定，零件部分没有压板，在端头非工作区用上盖固定，减轻上盖的重量，方便成形零件顶部区域形消除零件拉伸过程中起皱现象。
图2 工装结构
说明整个拉伸成形过程：
1美吨=0.907 公吨 1″=25.4mm 则可计算预计拉力为：
0.8×1000×215×0.9/9.8/1000/0.907=19 美吨
需残余变形：2％
变形部位长度L：（2600-200）/25.4=94.4″
将上述值输入计算机，可在屏幕上观察到拉伸时的拉力-变形曲线，并可读出如下结果：
屈服时拉力： 118 T（美吨）
屈服时变形： 1.3％
最终拉力： 123.65 T（美吨）
最终总变形： 1.5％
残余变形为： 2.0％
双曲度蒙皮成形都可用此屏幕监控。
开始拉伸，同时关注拉伸力的变化，当拉伸力达到约141美吨位移量为0.5″时，拉伸吨位增长速度明显减慢，零件开始屈服，伸量为0.44″；当拉伸吨位达到153美吨、位移量为0.63″时，拉伸停止，拉伸量ε′≈1.1%。从拉伸结果来看，零件基本贴胎，其贴胎间隙最大约为1.5mm。且钳口处无应力集中和拉裂现象。
VTL－1000机床的成形控制方式有两种：吨位控制和位置控制。
机床屏幕显示的拉伸-变形曲线如下图3所示
图3 拉伸-变形曲线
此曲线可有效地观察变形曲线、变形程度、吨位与变形量的瞬间变化值；并且可对成形全过程进行监控。从曲线图中可以看到材料在受拉过程中微观变化。
拉伸前需将毛料稍微拉开后，再进行仔细调整，否则，由于夹持不到位，使得毛料两边的变形量不一致，这对零件的最终贴胎及表面质量影响极大，且难于修整。调整到位后，预顶力为25美吨。设拉伸吨位为185美吨，当拉伸吨位达到150美吨、位移量为0.83″时，零件开始屈服，变形量ε′≈1.3%；拉伸到所设拉伸吨位时，位移量约为0.89″，变形量ε′≈1.5%。卸载后，零件贴胎良好，经用塞尺测量，零件最大贴胎间隙不超过0.5-0.8mm，同时，钳口处无应力集中和拉裂现象。
(3）零件变形的校正
零件中间及两侧的变形量不相同，差异大，中间变形量最大，中间部位的蒙皮容易拉裂，钳口处容易拉断，为了使拉伸尽可能均匀，拉伸过程中由钣金工和操作工密切配合凭借经验调整钳口倾斜角度及两侧毛料的松紧程度，是最高点处于最高位置，同时使两端头受力均匀，这样可有避免因拉力不均匀而导致零件拉裂拉断现象，成形关键是夹紧，预拉伸，收边，校形的摸索。
夹钳在夹料时钳口内多少不均匀的话，拉伸时两边毛料长短就不一样，容易在拉伸时产生一处或多处中间变形隆起鼓包的问题，给校形造成难度，夹料时要细心使两边均匀受力，如出现鼓包也可能准确判断料的松紧情况正确判断敲击位置大小，避免盲目敲击导致工作量加大，甚至报废。而在切割时应注意不能窜位，一定要找出最贴合模胎的位置切割。
由于零件的加工环节多，零件料薄，用以往的成形方法进行生产，在斜面处表现不贴胎，并且容易起皱，修整量大，容易报废。通过在斜面处增加上盖可以减少零件在斜面处起皱。防止零件料串动，影响拉伸效果。零件变形不协调问题成了整个制造过程中的一个重要环节。同时，在生产研制过程中，这些问题严重拖延了生产进度，而其余贴胎间隙均在3-4mm左右，为了精益求精，满足图纸的要求，质保部门要求我们对零件进行攻关，并对已成形零件进行校形。有效确保了零件外形，减少乃至消除了零件的校形工序。
(4）工装外形的改进
经与机床的现状考虑，工装如果按以往的设计思路，那么工装的两端应该是按零件的走向进行流线，机床本身的大小是根本无法改变的，按我们的想法只有对工装进行改进，在要求工人在拉伸过程中先将两端下陷处进行贴胎摆放，保证拉伸前的状态良好，这样，拉伸过程中就能够按照零件外形趋势进行拉伸成形，保证了贴胎效果良好。
4.解决的关键技术问题
(1）通过试制，我们摸索出了此类零件的成形技术，解决了该类零件无法冷成形的难题，保证了生产进度。
(2）通过试制，摸索出了零件材料经过多次拉伸后，材料容易变薄，钳口和零件最高部分容易拉断拉裂的问题。
(3）通过试制，摸索出了零件曲度大复杂，顶部拱高达80mm，成形特别困难的问题。
(4）通过试制，经过程编在VTL－1000机床上实现了微机自动控制，采用屈服点探测法对成形全过程进行监控；
参考文献：
[1]《飞机原理与构造》 西北工业大学出版社
[2]《工程材料与金属工艺学》 机械工业出版社
[3]《现代飞机制造技术》 范玉清 北京航空航天大学出版社
[4]《航空制造工程手册—飞机钣金工艺》，航空工业出版社。
论文作者:赵薇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
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