飞机支架弯曲成型工艺研究

张超/哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

飞机支架弯曲成型工艺研究

张超/哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

某型机产品支架，选用材料牌号/规格为Z2CN18-10/G25x1的管材，结构上弯曲段多，由11个弯曲段和10个直线段组成，且为空间弯曲，形状复杂，成形困难，攻关组从原材料性能及其结构特征分析入手，利用模拟法及坐标值法结合对此件进行研制，取得成功。

弹性模量；弹性回跳角；应变刚模量；弯管模；屈服强度

一、前言

某型机是我公司与国外某公司合作的新机型，许多产品结构上均属首次生产，本文所述产品支架即为该型机上支架类产品的一个典型零件，产品结构复杂，成形困难，对此展开了某型机支架弯曲成形工艺研究。

二、产品技术要求及工艺分析

（一）产品材料及结构尺寸

1.产品材料。

材料标准：ASNA3041-2876；

材料牌号Z2CN18-10，规格G25×1，成形性能较好。

机 械 性 能 ：σP0.2≥210MPa、500MPa≤Ram≤650 MPa、130≤HRC≤190；

2.产品结构尺寸。

图一 支架产品结构尺寸图

由图一可见，该产品11个弯曲段，半径分别为63mm、50mm和100mm。最小的弯曲半径仅为两倍管材直径。

（二）产品制造的关键技术及制造难点

根据图一中的产品结构和尺寸分析，该产品在制造过程中主要应解决弯曲回弹和半径过小的难题，总结制造难点及关键技术如下：

1.两弯曲段之间直线段过短。根据航标规定，该产品理论最小直线段距离为75mm，从侧视图看，该产品两个R50之间的直线段仅为12.5mm，远远小于理论值。该直线段为弯曲成形阶段的夹持段，该段过短，夹紧力不够，无法获得所需形变，增加成形难度；

2.弯曲半径过小。航标规定，标准的弯曲半径为管材直径的3倍，至少应为2.5倍，弯曲半径过小，管壁外侧易出现裂纹甚至破裂的缺陷，但该产品R50mm的弯曲半径仅为管材直径φ25mm的2倍，增加了弯曲成形的难度；

3.弯曲回弹的确定。弯曲回弹，是不能避免的必然现象，而产品的弯曲回弹量，为设计弯曲工装的主要依据。

三、主要工艺试验及攻关

弯曲回弹的确定试验：

任何管件的弯曲过程中都存在着塑性变形和弹性变形，外载荷卸去后，塑性变形保留下来，弹性变形得以恢复。因此要准确确定零件的成形尺寸，必须知道管材的弯曲回弹量。

管材回弹：

弹性回跳角：

σS--材料屈服极限

E--弹性模量

F--应变刚模量

ρ′--卸载后中性层残留弯曲半径

ρ--加载时中性层弯曲半径

D0--管子外径

do--管子内径

d--管子平均直径 d=（D0+do）/2

S0--管子壁厚

ρ--加载时中性层相对弯曲半径ρ=ρ/D0

θ--卸载前管子弯曲夹角

Δθ--弹性回跳角

从上面的公式中得知，材料的机械性能（σs、E、F）、管件的几何尺寸（D0、d、S0）、回弹角都可以影响管件回弹。上述所示回弹公式为我们设计弯曲工装提供了依据。回弹角的大小，与材料种类、软硬状态、纹路方向、模具几何参数、弯角大小、弯曲半径及材料厚度等有关。虽然一些常见材料的的弯曲回弹值，通过查找相关资料能够直接得出，但由于影响回弹的因素很多，对一种情况，预估出很精准的回弹值是不可能的，在大多数情况下，预估出近似的回弹值，并根据其修理弯曲工装（一般是减少模具角度或弯曲半径，或两者兼用，或采取其它对消回弹角的模具设计）。综上，对于该产品来说，主要的工艺试验为产品弯曲时回弹值的确定。

四、产品分析及试制

如图一，支架本身为左右对称的弯曲件，我们可以先对支架产品单侧结构进行成形顺序分析。

按照上述分析的产品制造关键点，可将产品单侧生产过程简化成以下四步①解决连续在数控弯管机上弯曲的问题；②解决弯曲半径过小，防止裂纹；③确定工装的回弹；④解决直线段尺寸小的问题。

1.确定工装的回弹。回弹的最终确定要通过试弯确定，程序如下：a.依据理论回跳值制造弯曲模具，按照模具对管材试弯，测量试件弯曲半径及弯曲角度；b.将测量值与产品数模进行对比；c.如若试件合格确定回跳值，如若不合格，修正回跳角，返修弯管模，进行上面a、b流程，按上多次反复制出合格试件，确定最终回跳值。

对应材料Z2CN18-10，查找相应材料手册，找出公式中相应的各量值，计算得出回弹半径理论值弯曲半径（弯曲半径R63 mm、R50 mm、R100 mm的理论回弹半径值相应为R61.7 mm、R48 mm、R98.9 mm），以此为依据，设计管材弯曲工装，按照上述流程图的制造流程进行多次试验、测量，确定弯曲的实际回弹半径值，依次为R62.7 mm、R49.5 mm、R99.3 mm。

2.弯曲半径过小，防止裂纹。对于该问题，我们进行了多次试验，空心弯曲、加芯棒弯曲，都不理想，特别是空心弯曲，出现了裂纹。最终，我们在管腔内部灌注低熔点合金，灌注低熔点合金后整个管体相当于一个钢棒，弯曲时不易出现裂纹，管材内腔有低熔点合金支撑而限制变形，加工性能大大提高，还避免了弯曲部分的变扁和起皱现象。

3.直线段尺寸小。对于该问题，在工装设计时，把夹块和弯管模以直线段为准向两端沿着R（弯曲方向）延长，由原来的直线段夹紧改为直线段和弯曲段共同夹紧，增大夹持力，实现弯曲。

4.在数控弯管机上连续弯曲。首先，我们进行分段弯曲，把每一段以形体工装为准焊接在一起，用激光测量机测出整体坐标值，把坐标值输入数控弯管机，进行对管体的连续弯曲（这里我们也参考了从数模上下载的理论坐

五、产品制造

经过产品的分析和试制，确定了弯曲工装的结构和弯曲半径，攻关组在数控弯管机上经过了多次反复试验，最终制造出符合产品数模的产品。

[1]《航空导管加工》国防工业出版社.

[2]《材料力学》哈尔滨工业大学.

[3]《理论力学》上海科技出版社.