數控拉彎機在飛機框緣類型材成形中的應用分析論文

時間：2026-01-02 23:37:15 數控畢業論文我要投稿

　　第二次世界大戰中，各國致力于提高飛機的性能和產量，因而產生了不少新的工藝方法和機床設備，轉臺拉彎機就是這一時期的產物。20世紀50年代，拉彎機得到很大的發展，結構和性能日趨完善。美國發動朝鮮戰爭后，美國各主要飛機、直升機、導彈、發動機制造廠紛紛購置拉彎機。60年代，拉彎機的液壓裝置和控制系統得到改進，使產品質量更加穩定，操作更加方便。目前拉彎機已推廣至汽車、火車、高鐵、電梯、升降機、建筑、冰箱和橋梁等民用工業中。

數控拉彎機在飛機框緣類型材成形中的應用分析論文

　　拉彎是指工件在彎曲壓入模具型槽的同時加以切向拉力、以改變工件截面內的應力狀態的一種彎曲工藝。拉彎與普通彎曲的區別在于:普通彎曲時中性層基本不變，而拉彎時中性層內移，甚至內移至內側或移出內側表面。當最內層截面上的應力達到或超過材料的屈服應力時，回彈明顯減小，從而提高了零件的成形精度。飛機上的框緣、機身前后段和發動機短艙的長析等零件是尺寸大、相對彎曲半徑大的擠壓型材和板彎型材彎曲件。它們組成飛機骨架的受力零件，直接影響到飛機的氣動力外形，因而形狀精度要求很高，生產中普遍采用拉彎成形的方法制造這類零件。

　　典型的型材拉彎成形控制方法有力控制、應變控制和位移控制。型材拉彎成形過程中常見的問題有回彈、破裂、起皺和截面畸變等，分析解決以上問題的方法有試驗研究、理論解析和數值模擬等。拉彎機與拉彎模具是生產拉彎產品的關鍵裝備，按照設備工作方式，拉彎機分為轉臺式拉彎機和轉臂式拉彎機兩類。由于數控拉彎機的精確和可重復運動控制，保證了成形零件的一致性，目前在航空工業中數控轉臂式拉彎機被廣泛采用。法國ACB、美國Cyril Bath和L&F Industries公司生產的轉臂式數控拉彎機最大拉伸力可達到300 kN。

　　本文針對L & F Industries公司的A -7B位移控制轉臂式數控拉彎機，從拉彎機床結構、成形過程、工藝參數設定和成形能力方面介紹數控型材拉彎機，并以典型實例闡述國內飛機框緣類型材數控拉彎成形技術現狀。

　　1轉臂式數控拉彎機床結構

　　L & F Industries公司的A-7B數控拉彎機，是30 kN通用拉彎成形設備。

　　A -7B轉臂式拉彎機工作臺固定不動，在臺面兩側的轉軸上各裝一轉臂，左右轉臂上通過托架組件各裝了一拉伸缸，拉伸缸在轉臂上的位置可以調節，以適應不同的毛料長度。在拉伸缸的端頭，裝有液壓夾鉗以夾緊毛料。轉臂由裝在床身上的轉臂缸帶動轉動。2個轉臂既能分別轉動，又可同時轉動。模具裝在工作臺上，應使模具的對稱軸線與機床的縱軸線重合。托架裝置裝有手動橫向滑塊，每個托架都可手動控制，并可獨立沿垂直于轉臂方向橫向滑動，從而實現拉伸缸的橫向移動。拉伸缸安裝在托架上，可沿轉臂運動。此外，在機床每一個拉伸缸拖架上安裝了控制箱，以控制夾頭開閉和拉伸缸的伸縮運動。液壓動力單元由一套集成的泵/馬達組成，用來提供必要的動力，包含一個油箱、換氣裝置、位視測量儀和油位開關。

　　在成形前，4個缸體(左右轉臂缸和左右拉伸缸)協調運動，實現模具輪廓記錄，用于生成數控程序。工作時先將轉臂向前展開，毛料的兩端用液壓夾頭夾緊;然后開動拉伸缸使毛料拉伸。2個拉伸缸的拉力相同，以免發生竄動。當拉伸力達到規定的數值后，2個轉臂向后轉動，使毛料沿模具型面進行拉彎。待毛料全部貼模后，增大拉伸缸的壓力，對毛料進行補拉，從而減小零件回彈。

　　中央操作控制面板安裝在機床前面，包括操作按鈕、開關、指示燈、電位計和急停。自由放置的控制器上裝有一個電源和警示面板、操作按鍵和機床各種系統的操作監控。

　　2數控型材拉彎成形過程

　　數控型材拉彎成形的典型步驟如下。

　　2. 1成形準備

　　成形準備主要是指模具安裝和夾頭嵌塊安裝。模具采用平臺上的活動立柱來安裝定位，必要時可在模具底部放置墊塊，以保證合適的高度。

　　模具應正確安裝在設備上，以便分布成形零件時的載荷，這是非常重要的。

　　(1)畫出模具俯視圖以便安裝規劃;

　　(2)畫出一條與模具前端相切、且與模具后端平行的直線。將這條直線定義為參考線，轉臂的銷軸中心位于該直線上;

　　(3)畫出與模具的兩端相切(切點為A和B) ,且通過參考線的直線，這兩條直線與參考線的交點為C和D;

　　(4)等分線段CD，線段CD的中點定義為E點;

　　(5)畫一條通過E點、且與參考線垂直的直線，這是模具成形的中心線，應與設備的中心線.

　　2. 2數控程序模具采集

　　數控程序主要指拉伸缸隨著擺臂轉動中的位置。A -7B轉臂式數控拉彎機，采用位移控制方式，與力控制不同，它在模具型面特征位置采集的同時己經確定了型材拉彎的應變中性層位置，過程為:傳感器記錄臂向前轉動，將拉線連接到模具上，啟用傳感器記錄模式，控制轉臂向后轉至采集前根據模具彎曲角度而人工設定的彎曲極限。拉線保持繃緊，帶動拉伸缸伸長或縮短，與此同時，機床傳感器記錄了夾鉗軌跡控制參數，即轉臂位置角及對應的拉伸缸位置，數控程序生成后，機床便能自動完成零件拉彎成形。

　　2. 3數控拉彎成形

　　數控拉彎成形時的具體操作如下。

　　(1)在零件設置頁面填寫拉彎工藝參數，并保存程序文件，設備歸零。

　　(2)把零件放入夾頭，使零件恰好與模具邊線接觸。

　　(3)夾緊零件。在主操作臺面按下“緊貼”鍵，以適配零件夾緊力。按鈕指示燈不停閃爍，直到恰好符合適配噸位才保持高亮，示意操作員適配完成。

　　(4)移動零件。夾緊完成后，根據需要可以移動零件，實現重新排布。

　　(5)預拉伸。在主操作臺界面點“預拉伸”按鈕，可以對零件進行預拉伸。預拉伸按鈕指示燈不停閃爍直到預拉伸完成才保持高亮，示意操作員機械已經處于預拉伸結束狀態。

　　(6)循環運行。在主操作臺界面點“循環運行”，則開始彎曲。擺動機械臂開始向正常彎曲極限位置運動。當擺動機械臂到達正常的彎曲極限位置時，將停止運動，循環按鈕指示燈將保持高亮，示意操作員彎曲成形己完成。

　　(7)補拉伸。在主操作界面點“補拉伸”按鈕，實現零件補拉伸。

　　(8)松弛。在主操作界面點“松弛”按鈕，以釋放零件。松弛指示燈不停地閃爍，直至施加在零件上的力接近0才保持高亮，示意操作員機械處于放松狀態。

　　(9)在主操作面板上點“卸載”按鈕，夾頭會延遲25向外松開，釋放零件。從夾頭移開加工后的零件。

　　如果需要對零件程序進行修改，可以在零件設置頁面或者零件編輯頁面對預拉伸、補拉伸進行修改。總結數控拉彎成形流程。

　　3主要成形工藝參數設定

　　由于零件之間的差異很大，因此在剛開始加工一個特定零件時，沒有完整的、按部就班的方法去設置機床參數。成形速度、預拉伸量、最終補拉伸量直接取決于以下因素:

　　(1)用于成形的零件材料是板料還是擠壓型材;

　　(2)型材的橫截面形狀;

　　(3)成形零件的輪廓形狀;

　　(4)成形零件的硬度/韌度值;

　　(5)材料是在初始成形之后進行熱處理還是在再成形的時候進行熱處理。對于鋁合金擠壓型材可采用如下工藝參數進行拉彎。

　　4設備成形力分析能

　　眾所周知，成形零件時拉伸缸的拉力值不能超過最大拉力值30 t。這可通過成形材料的橫截面面積乘以其屈服強度得到。此外，設備成形能力還與成形零件時轉臂的最大彎矩有關。需要注意的是，代表材料拉伸線的直線在轉臂樞軸中心的內側，且與樞軸中心有一段距離。安裝在工作臺上的較寬模具，需要注意的是，代表材料拉伸線的直線在轉臂樞軸中心的外側，且與樞軸中心有一段距離F。對于介于二者之間的模具，會有兩種情況。在成形操作開始時，材料的拉伸線在轉臂樞軸中心的內側。隨著材料沿著模具彎曲，F值逐漸減小，當材料的拉伸線越過轉臂樞軸中心點時，F值為0。隨著材料的進一步彎曲，F轉換為G，隨后G值逐漸增大到最大值。

　　為了計算G與F值，繪出一個簡單的草圖，且繪制步驟如下:

　　(1)畫出一條與模具的前端相切、且與模具后端平行的直線，并將這條直線定義為參考線;

　　(2)畫出與參考線垂直的、模具成形的中心線;

　　(3)在參考線上畫出一個點，該點與模具成形的中心線相距457.2 mm，此點為轉臂的樞軸中心;

　　(4)畫出一條與模具相切的線，并給出最大距離G與F，這條直線為材料拉伸線;

　　(5)繪制出一個圓，其圓心為轉臂樞軸的中心，原材料長度L。的1 /2加上1397 mm為該圓的半徑。該圓與材料拉伸線的交點近似于液壓傳動缸的樞軸點，并將該點定義為0點;

　　(6)再繪出一個圓，其圓心為0點，轉臂的中通心線與液壓傳動缸軸線之間距離的值為該圓的半徑。a半徑值介于203-355 mm之間，取決于托架的位置;

　　(7)繪制出一條直線，該直線通過參考線上轉口臂樞軸的中心，且與第6步中繪制的圓相切。該直線代表轉臂的中心線，轉臂的旋轉角度為轉臂中心手線與參考線之間的夾角;

　　(8)測量該角度，然后在草圖中標注出來。

　　5實例分析

　　5.1框類型材數控拉彎技術

　　飛機主框緣條為Y型材，作為球面框的主承力件，主要用于球皮固定、平衡和傳遞由球皮張力產生的縱向(航向)分力，同時還肩負著機身長度的對接以及機身扭矩的傳遞功能。主框緣條外表面與機身理論外形配合，立筋面與球皮外形配合，單個零件需要同時保證兩個復雜雙曲率外形，且角度、外形流線度要求高。數控型材拉彎技術克服了Y型材零件生產時的諸多技術難題，如:變曲率變截面Y型材容易截面畸變;角度和主框緣條面的平度達不到要求;腹板面起皺，需要較大的拉伸量，致使型材截面變窄加劇;淬火后型材嚴重扭曲變形，需要反復手工校形;冷作硬化現象嚴重;回彈較大等回。該技術也推動了國內Y型材零件由轉包到自主批量制造的轉變。

　　5. 2鋁鋰合金緣條型材數控拉彎技術

　　鋁鋰合金作為一種先進輕量化結構材料，以其密度低、彈性模量高、比強度和比剛度高、疲勞性能好、耐腐蝕及焊接性能好等優異的綜合性能被用于航空零件的制造，如框緣類零件。然而鋁鋰合金因室溫塑性差、屈強比高、各向異性明顯的特點使其冷加工易開裂、成形困難。數控拉彎成形技術能成形屈強比大的彎曲零件，且彎曲精度高、回彈小，解決了鋁鋰合金型材的拉彎成形難題。零件成形一致性良好，平度達到制造要求。實現了國內首次鋁鋰合金型材的拉彎成形，推動鋁鋰合金在未來航空制造中的使用。

　　6型材拉彎成形技術發展趨勢

　　(1)拉彎成形性評估系統。隨著并行工程的應用，為縮短零件的研制周期，提高設計的可制造性，制造部門提前介入到產品的設計階段。這就需要拉彎成形性評估系統，以確保能夠制造出設計的零件。

　　(2)模具回彈補償修正。隨著民用飛機的發展，在提高制造精度的同時，應盡量減少手工敲修量，以提高使用壽命。在過去，由于手動控制拉彎機控制精度低，零件重復性差，工藝人員一般不修模，而是按產品外形設計拉彎模具型面。現在，由于數控拉彎機控制精度高，零件一致性好，給拉彎成形模具回彈修正帶來了契機。為提高拉彎零件的生產效率，未來的航空企業將和汽車企業一樣，對拉彎模具回彈補償修正，使模具調試后生產的零件符合檢驗要求，而不需要人工修校。

　　(3)數字化拉彎成形。為實現高精度的拉彎成形，數字化拉彎成形技術成為主要的發展方向。通過拉彎工藝數模數字化設計、成形性能數字化評估、拉彎過程數值模擬、拉彎成形回彈計算、拉彎模具回彈補償修正、拉彎成形工藝參數計算以及相關經驗知識有效存儲和檢索等數字化拉彎成形技術的應用，拉彎工藝設計人員、拉彎工裝設計人員和拉彎現場操作人員緊密聯系起來，實現知識的共享和重復利用，不斷提高技術水平，降低開發成本，縮短拉彎零件的研制周期。

　　(4)另外，新的拉彎成形工藝方法也不斷涌現，為降低模具開發成本而出現了離散模拉彎成形技術，為降低高強度材料的拉彎成形力、減少回彈而出現了電塑性拉彎成形和加熱拉彎成形。

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