文/馬永明

型材拉彎成形工藝在航空、航天以及汽車、高鐵上的型材彎曲件的制造中得到了非常廣泛的應(yīng)用。在民用(航空、高鐵等)領(lǐng)域，很多骨架零件都采用了型材框。因此，拉彎技術(shù)的研究對提高拉彎件的質(zhì)量和加速拉彎件的國產(chǎn)化進(jìn)程有著十分重要的意義。

采用拉彎工藝可以使零件獲得合理的校形余量，提高零件的制造精度，降低零件的制造成本。拉彎是指型材在彎矩和縱向拉力的聯(lián)合作用下壓入模具型槽內(nèi)的成形過程。拉彎在工業(yè)生產(chǎn)中是一種重要的成形工藝，用于制造尺寸大、外形準(zhǔn)確度要求較高、相對彎曲半徑大的變曲率擠壓和板彎型材彎曲件。

型材拉彎具有如下工藝特點(diǎn)：

⑴能成形空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜的型材零件；⑵能成形屈強(qiáng)比大的型材彎曲零件；⑶具有不同工藝方法相結(jié)合的綜合成形特點(diǎn)；⑷彎曲精度高，回彈??；⑸具有柔性制造的特點(diǎn)。

拉彎零件的最后形狀與加載參數(shù)、拉彎模具和型材形狀參數(shù)、型材材料參數(shù)、摩擦系數(shù)等眾多因素有關(guān)，而且非常復(fù)雜。

需要研究的零件基本信息

零件材料為7A09M；型材標(biāo)準(zhǔn)為DQ5417/GJB 2507A-2015；零件外形為半圓，外半徑為：R1673mm；零件圖如圖1所示。

圖1 零件圖

工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程圖

主要的工藝流程如圖2所示。

圖2 工藝流程圖

主要加工流程的介紹

⑴來料檢查。按要求檢查型材截面尺寸，型材平直度，毛坯長度，表面質(zhì)量，特別注意是否有表面缺陷。

⑵銑切加工。對于反T形框，型材截面在拉彎前需要銑切，為了確保拉彎后的尺寸符合要求，我們在龍門銑機(jī)床上進(jìn)行銑切加工，加工尺寸到名義值+2mm。

⑶預(yù)拉彎。在拉彎機(jī)上，利用拉彎模及拉彎夾頭，通過控制拉彎參數(shù)（拉彎力、拉彎包角等）對毛坯進(jìn)行預(yù)拉彎以達(dá)到預(yù)成形的要求。

⑷修整。檢查兩個(gè)面的平面度、角度，確保這些值符合要求，對于R值，可以利用三輥滾彎機(jī)輔助修整，修整到我們預(yù)定的外形即可。

⑸預(yù)拉彎后的檢驗(yàn)。檢驗(yàn)兩個(gè)面的平面度、角度、截面的寬度等符合要求，對于R1000mm值達(dá)到我們預(yù)定的外形。

⑹淬火后的運(yùn)輸保存。為了保證鋁合金材料的新淬火狀態(tài)，淬火后成形前，需要把零件放入低于-10℃的溫度中保存，在熱處理出來以后，先放入冷庫保存，運(yùn)輸時(shí)，用冷藏車運(yùn)輸，冷藏車的溫度要低于-10℃。

⑺補(bǔ)拉彎。在拉彎機(jī)上，利用拉彎模及拉彎夾頭，通過控制拉彎參數(shù)（拉彎力、拉彎包角等）對半成品進(jìn)行再拉彎以達(dá)到最終要求；在補(bǔ)拉彎時(shí)，會(huì)根據(jù)不同零件的具體情況，選擇性的進(jìn)行邊拉邊修整以達(dá)到理想的外形和尺寸。

⑻修整。在校正平臺(tái)上，用榔頭等輔助工具進(jìn)行修整，必要時(shí)，用校正檢驗(yàn)?zāi)Ｉ线M(jìn)行敲修。

⑼檢驗(yàn)。用檢驗(yàn)?zāi)Ｅ浜峡ǔ?，塞尺進(jìn)行檢驗(yàn)，確保符合客戶技術(shù)要求及圖紙要求。

⑽鉗工。用百潔布等打磨工具對表面進(jìn)行修飾清理，零件及試片打標(biāo)，確保可追溯性。

工藝技術(shù)難點(diǎn)分析

成形后零件底面平面度、弧度及立邊角度要求均較小，拉彎直徑的圓度為1mm，反T形類型材的面與面之間間隙≯1.5mm。在拉彎過程中，回彈是零件成形精度最主要的影響因素，因立邊較高、底面較寬，而且厚度都是變截面，因此零件的平面度和角度也很難控制，很難手工修整。

主要技術(shù)難點(diǎn)

⑴拉彎成形模的設(shè)計(jì)。

1)拉彎模理論外形的確定；2)材料流動(dòng)不順暢；3)零件產(chǎn)生扭曲變形；4)零件和模具的潤滑；5)反T形類型材在成形時(shí)，120mm高度的這個(gè)面很容易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，這嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率（其他截面零件該現(xiàn)象比較輕微，對產(chǎn)品影響不明顯）。

⑵工藝參數(shù)的確定。1)預(yù)拉和補(bǔ)拉后的外形無法滿足要求；2)材料被拉斷。

⑶人工校形。由于型材截面比較大，圓弧直徑也很大，對于手工成形的難度非常大。

主要技術(shù)難點(diǎn)的解決方案

⑴拉彎成形模的設(shè)計(jì)。

1)拉彎模修回彈（零件要求是等曲率的圓弧，我們把拉彎模外形近似修正為橢圓，長軸為原零件外形半徑，短軸在半徑的基礎(chǔ)上縮0.2%～0.3%）；

2)調(diào)整模具表面粗糙度到0.8μm；

3)調(diào)整合理的模具間隙到0.2～0.3mm；

4)提高拉彎夾頭的對稱性；

5)零件和模具的潤滑。在零件表面均勻涂機(jī)油，在模具表面均勻涂黃油的方法，我公司采用兩種潤滑方式進(jìn)行試驗(yàn)。①在零件和模具表面均勻涂機(jī)油潤滑。該潤滑方式適用于一般零件成形，但是在此零件的加工過程中，因與模具接觸的面積也大，摩擦系數(shù)也大，不能起到很好的潤滑效果。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，由于潤滑效果不好，型材與模具之間摩擦力大，拉力不易傳遞到中間截面，這導(dǎo)致鉗口處材料所受的拉力與中間截面不一致，鉗口處的材料截面變形嚴(yán)重，不符合制造要求。②在零件表面均勻涂機(jī)油，在模具表面均勻涂黃油。該潤滑方式有利于力的傳遞，零件成形后的截面均勻性較好，回彈量有所減小。在難加工復(fù)雜零件的成形過程中一般采用這種方法進(jìn)行潤滑；

6)為了確保反T形框產(chǎn)品能符合要求，我們在拉彎模上配置了聚氨酯墊塊，墊塊寬度在50～100mm之間，用鋼絲連起來并確保和工件一起運(yùn)動(dòng)，墊塊示意圖如圖3所示。

圖3 聚氨酯墊塊示意圖

⑵工藝參數(shù)。

1)預(yù)拉時(shí)參數(shù)的確定（預(yù)拉力、預(yù)拉包角和預(yù)拉量）；2)補(bǔ)拉時(shí)的參數(shù)的確定（補(bǔ)拉力、補(bǔ)拉包角和補(bǔ)拉量）；3)通過理論計(jì)算和實(shí)踐相結(jié)合的方法，總結(jié)出各框的參數(shù)值。

⑶人工修形。1)淬火后，再拉彎前需要增加人工修形，確保零件能順利進(jìn)入拉彎模；2)淬火后，為了確保材料的塑性，便于成形，要在2小時(shí)內(nèi)成形；3)招聘有經(jīng)驗(yàn)的鈑金師傅指導(dǎo)并培訓(xùn)工人。

工藝裝備

成形工裝

拉彎成形設(shè)備采用雙臂式型材拉彎機(jī)，如圖4所示bvty寶威VIP。拉彎機(jī)主要參數(shù)如下：雙臂式，拉力為130t，雙臂最大長度9000mm，最小長度3500mm；該設(shè)備可以用于冷拉成形鋁合金、碳鋼、低合金鋼等型材，在拉力作用下，將直條狀工件通過組合拉伸動(dòng)作，使其在長度方向上發(fā)生彎曲，并貼合模具以達(dá)到所需形狀?？梢詫?shí)現(xiàn)型材的力控制或者位移控制以實(shí)現(xiàn)拉彎成形。本批試驗(yàn)件我們采用力控+位移控制模式成形零件，在預(yù)拉及補(bǔ)拉包角時(shí)采用力控模式，在補(bǔ)拉時(shí)采用位移控制模式。

圖4 典型雙臂式型材拉彎機(jī)

具體拉彎操作過程如下：

拉彎模放在拉彎機(jī)的平臺(tái)上，平臺(tái)上有兩個(gè)約200mm的柱子，拉彎模中對應(yīng)加工出兩個(gè)相對應(yīng)的孔，利用柱子定位拉彎模，張臂式拉彎機(jī)有兩個(gè)夾頭，用來夾持需要拉彎的工件或者毛坯，拉彎時(shí)，先夾持毛坯兩頭，再慢慢繞著拉彎模具開始拉彎動(dòng)作，直到毛坯包住拉彎模到我們期望的外形為止，在拉彎時(shí)，要確保型材能順利進(jìn)入拉彎模。

針對每一類型材，我們分別根據(jù)圖紙要求單獨(dú)設(shè)計(jì)和制造拉彎模，拉彎模具示意圖如圖5所示。

圖5 拉彎模具示意圖

檢驗(yàn)工裝

針對此類零件，我們采用檢驗(yàn)工裝和樣板配合常規(guī)檢驗(yàn)儀器來執(zhí)行檢驗(yàn)工作，常規(guī)儀器為千分尺、卡尺、塞尺、等高塊等。

檢驗(yàn)?zāi)Ｖ饕糜跈z驗(yàn)下列關(guān)鍵尺寸：⑴面與面，以及面與模胎的貼合間隙；⑵兩個(gè)貼合零件之間的貼合面間隙；⑶自由狀態(tài)下Ф3346mm的圓度；⑷豎直邊垂直度。

工藝技術(shù)參數(shù)

理論計(jì)算得到的拉力和補(bǔ)拉量只能作為參考，實(shí)際拉力與計(jì)算值有較大出入，需在試?yán)^程中加以調(diào)整。⑴在零件表面均勻涂機(jī)油、在模具表面均勻涂黃油的方法較好，該方法有利于力的傳遞，零件成形后的均勻性較好。⑵預(yù)拉力在一定的范圍內(nèi)增大能較好地控制零件的回彈，提高成形精度。增大預(yù)拉力，回彈量減小，但減小幅度隨著預(yù)拉伸力的增加而變小。⑶補(bǔ)拉量對零件的回彈及平面度有影響，補(bǔ)拉量在一定范圍內(nèi)的增大，使零件貼胎效果好，且平面度較好。同樣，補(bǔ)拉量大，需要較大的拉力，也會(huì)造成零件截面畸變，影響后續(xù)加工。

綜上，拉彎參數(shù)（拉彎速率，變形量等）分別如下：

預(yù)拉力設(shè)定為430kN，預(yù)拉包角為26°；補(bǔ)拉力為510kN，補(bǔ)拉包角為-5°，補(bǔ)拉量為45mm的工藝參數(shù)；同時(shí)，拉彎時(shí)原材料毛坯不能小于5900mm，力學(xué)試片尺寸150mm ,分別在每一個(gè)零件直線段取制。

鑒定試驗(yàn)過程和驗(yàn)證結(jié)果

試制過程中常出現(xiàn)的問題及解決措施，見表1。

表1 試制中出現(xiàn)的問題及解決措施

尺寸精度檢測方法：我們是用外形樣板配合塞尺來檢測R1673的弧度；對于面與面以及面與模胎的貼合間隙我們是用等高塊配合塞尺來進(jìn)行測量，如圖6所示。

圖6 等高塊工作原理示意圖

尺寸精度對比：與國內(nèi)某大型航空制造公司的產(chǎn)品進(jìn)行比對,結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，以上四種框環(huán)平面度、垂直度尺寸、R間隙，我們均優(yōu)于大型航空制造型企業(yè)；盡管有部分尺寸超差，但是經(jīng)最終客戶確認(rèn)，可以滿足裝配要求。

表2 尺寸精度對比表（單位：mm）

結(jié)束語

我公司經(jīng)過工藝試制分別得出了工藝方法,工藝參數(shù)等,形成了一套完整的工藝文件,工藝方法,制定了檢驗(yàn)方法以及設(shè)計(jì)并制造了工裝和檢驗(yàn)樣塊/板,產(chǎn)品性能指標(biāo),尺寸數(shù)據(jù)基本滿足設(shè)計(jì)要求,同時(shí)也得出了各型材框的拉彎參數(shù)和回彈等工藝參數(shù);截止到2018年年底,我們已經(jīng)生產(chǎn)出合格零件86件,而且試制時(shí)超差的部分尺寸經(jīng)過后面的改善,也全部合格。

由此可以證明,我們的研究成果是可以指導(dǎo)生產(chǎn)的,而且對同類反向拉彎件有很大的借鑒意義,此套工藝方案具有推廣運(yùn)用的價(jià)值。

——節(jié)選自《鈑金與制作》2019年第2期