本發(fā)明涉及一種制造圓弧形帶筋蒙皮的方法，本發(fā)明涉及機(jī)械加工和鈑金加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種帶筋彎曲蒙皮的制造方法。

背景技術(shù)：

帶筋蒙皮具有強(qiáng)度高、剛度高、整體性能良好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于火箭的外殼、燃料箱以及飛機(jī)的機(jī)翼和油箱等零部件中。由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包含加強(qiáng)筋、凸臺等結(jié)構(gòu)，截面厚度不一致，因此加工制造技術(shù)比較復(fù)雜，生產(chǎn)周期長。目前國內(nèi)主要的彎曲蒙皮的制造方法有噴丸成形、蠕變時效成型、激光成型、圈圓成型等。其中，噴丸成形與蠕變時效成形是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，激光成形是一個新的研究熱點(diǎn)。圈圓成形屬于壓力加工成形，是傳統(tǒng)的成形技術(shù)。其中圈圓工藝操作簡單、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低、設(shè)備簡單、占地面積小，適合成形單曲率筒形件與錐形件。帶筋彎曲壁板例如蒙皮的成型加工，則是在上述方法加工出來的彎曲壁板上，進(jìn)行五軸數(shù)控機(jī)床機(jī)械加工與化銑的工藝，加工出縱橫交錯桁架結(jié)構(gòu)的筋條。其中數(shù)控機(jī)床加工，由于裝夾難度大，零件易變形等特點(diǎn)，不利于厚度較薄的彎曲壁板筋條的加工；化銑的工藝就是將金屬零件清洗除油，在表面上涂覆能夠抵抗腐蝕溶液作用的可剝性保護(hù)涂料，經(jīng)室溫或高溫固化后進(jìn)行刻形。將涂覆于需要銑切加工部位的保護(hù)涂料剝?nèi)?，然后把零件浸入腐蝕溶液中，對裸露的表面進(jìn)行腐蝕加工。這種工藝的局限性是：化學(xué)銑切出來的筋條根部總有一個半徑與腐蝕加工深度大體相當(dāng)?shù)膱A角；腐蝕溶液在向深度腐蝕的同時還要向側(cè)面腐蝕，因此只能加工寬度大于兩倍深度的溝槽。此外，化銑往往會在腐蝕加工面上再現(xiàn)或擴(kuò)大坯料表面原有的劃痕、凹坑等缺陷。當(dāng)腐蝕加工深度到達(dá)鑄件或焊縫的內(nèi)部缺陷時，也會把這些缺陷保留在加工表面。

因此，如何降低帶筋彎曲蒙皮零件的加工難度，降低制造成本，提高加工效率，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種制造圓弧形帶筋蒙皮的方法，主要解決了帶筋彎曲蒙皮類結(jié)構(gòu)加工難度大、加工周期長、加工效率低、設(shè)備復(fù)雜等難題。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種制造圓弧形帶筋蒙皮的方法，步驟如下：

(1)根據(jù)需要成形的圓弧形帶筋蒙皮的尺寸，選擇厚度比要求尺寸厚2mm的平板作為原材料，選擇的平板外形尺寸比需要成形的圓弧形帶筋蒙皮的展開尺寸大10％；平板的原材料優(yōu)選5A06鋁合金，為5A06-H112態(tài)，抗拉強(qiáng)度優(yōu)選為315MPa；

(2)按照需要成形的圓弧形帶筋蒙皮的中性層進(jìn)行展開，在步驟(1)選擇好的平板一側(cè)加工出平面展開狀態(tài)的需要成形的圓弧形帶筋蒙皮和蒙皮一側(cè)的加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋之間形成蒙皮凹槽；中性層是指材料厚度的40～50％處的截面層，優(yōu)選方案為材料厚度的46～48％處的截面層；

(3)通過使用與蒙皮材料相同、厚度與蒙皮凹槽深度相同的板材，將該板材加工成與蒙皮凹槽形狀匹配，厚度與蒙皮凹槽深度一致的薄板結(jié)構(gòu)，即輔助工藝墊板；

(4)將步驟(3)輔助工藝墊板填充固定在步驟(2)獲得的平面帶筋蒙皮的凹槽內(nèi)，使蒙皮的各處厚度一致，再通過鈑金加工的方法將填充后的蒙皮進(jìn)行彎曲成型加工；

(5)對步驟(4)彎曲成型加工后的蒙皮進(jìn)行校形；

(6)對步驟(5)校形后的蒙皮進(jìn)行熱處理，去除圈圓的殘余應(yīng)力；

(7)去掉輔助工藝墊板，再次校形，獲得所需要的彎曲的帶筋蒙皮結(jié)構(gòu)，即需要成形的圓弧形帶筋蒙皮。

所選擇的平板為鋁合金或碳鋼。

步驟(2)中在選擇好的平板一側(cè)加工出需要的加強(qiáng)筋的方式為平面銑加工方式。

步驟(4)鈑金加工的方法為通過圈圓機(jī)使填充后的蒙皮彎曲成型。

步驟(6)中熱處理溫度為250～350℃。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用逆向加工的思路，將彎曲蒙皮加工過程進(jìn)行反推，其有益效果是采用直觀的方法完成帶筋彎曲蒙皮的加工，便于操作。

(2)加工成本低，工藝墊板可重復(fù)利用，加工量少，加工效率高。

(3)相比于整體數(shù)控加工，不需要專門的工裝夾具，不存在機(jī)加殘余應(yīng)力，尤其是薄壁零件不容易變形。

(4)本方案可引申應(yīng)用到其他類似具有桁架筋條結(jié)構(gòu)的蒙皮零件的加工制造。

附圖說明

圖1為本發(fā)明帶筋彎曲蒙皮的展開狀態(tài)；

圖2為本發(fā)明加工的墊板填充到圖1加工的展平壁板中示意圖；

圖3為本發(fā)明填充好墊板的蒙皮進(jìn)行圈圓加工出圓弧面的示意圖；

圖4為本發(fā)明填充墊板后圈圓成型的零件；

圖5為本發(fā)明最終成形效果示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

本發(fā)明提出一種制造圓弧形帶筋蒙皮的方法，通過使用與蒙皮材料相同的薄板，將薄板加工成與蒙皮凹槽形狀相同，厚度與凹槽深度一致的輔助工藝墊板，將工藝墊板填充在蒙皮筋條一側(cè)的凹槽內(nèi)，使之成為厚度一致的板材結(jié)構(gòu)，再利用板材成型設(shè)備或模具進(jìn)行加工的方法。通過使用這種方法，將厚度不一致的帶筋蒙皮類結(jié)構(gòu)零件轉(zhuǎn)化成為厚度一致的板材結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，可避免因為零件厚度不一致，在彎曲成型時筋條處的凸起，可獲得良好的加工性和外觀。

本發(fā)明需要成形的圓弧形帶筋蒙皮弧形板，弧形板的一側(cè)上有橫豎交替的加強(qiáng)筋，弧形板的另一側(cè)為光滑曲面，如圖5所示。

本發(fā)明的核心是提供一種帶筋彎曲蒙皮的制造方法，與傳統(tǒng)方法相比較能夠降低加工難度，降低生產(chǎn)費(fèi)用，提高加工效率。為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，圖1為帶筋彎曲蒙皮的展開狀態(tài)。假想將帶筋彎曲的蒙皮進(jìn)行展平，便獲得一張帶有縱橫桁架筋條結(jié)構(gòu)的壁板，此壁板上面具有凹槽和筋條結(jié)構(gòu)。壁板的寬度尺寸與蒙皮的軸向長度一致，壁板的長度尺寸即為蒙皮的中性層尺寸，即材料在彎曲過程中，外層受拉伸，內(nèi)層受擠壓，在其斷面上必然會有一個既不受拉，又不受壓的過渡層，應(yīng)力幾乎等于零，這個過渡層稱為材料的中性層。中性層在彎曲過程中的長度和彎曲前一樣，保持不變。展開后的模型可用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，獲得良好的外形尺寸，并能保證精度要求。蒙皮內(nèi)側(cè)的凹槽和筋條結(jié)構(gòu)也可直接在壁板上用數(shù)控機(jī)床加工出來。需要指出的是，壁板經(jīng)過機(jī)械加工后會存在殘余應(yīng)力，可通過熱處理例如退火、時效等去除殘余應(yīng)力，以免影響后面的圈圓加工。

如圖2所示，圖2為加工的墊板填充到圖1加工的展平壁板中。圖中墊板的材料和蒙皮壁板的材料是相同的，因為相同材料具有相同的力學(xué)性能和特性，在后續(xù)的彎曲加工中可等效為一個整體壁板，加工后的型面不會因為筋條和蒙皮厚度不一致造成的筋條背面凸起。

墊板的形狀與壁板凹槽的形狀相同，優(yōu)選外形尺寸為凹槽尺寸的95％，使填充、固定和防止加工后因為變形而不易取出。墊板的厚度與蒙皮凹槽深度一致。固定的方法可以使用膠帶以及強(qiáng)力膠等，需要保證在凹槽中牢固，在后面的彎曲加工整個過程中不會掉落，并且在彎曲加工后校形也需要用到。

如圖3所示，圖3是將填充好墊板的蒙皮進(jìn)行圈圓加工出圓弧面的示意圖。圈圓成形過程中，兩個下輥是主動驅(qū)動輥，由電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)；如圖3所示，弧形上面的為上輥，弧形下面的兩個為下輥，上輥在一定范圍內(nèi)作垂直運(yùn)動，上輥的直徑范圍為Φ90～Φ200,進(jìn)一步優(yōu)選為Φ120～Φ150，成形過程中壁板受摩擦力作用而被動旋轉(zhuǎn)。在三個輥輪作用力和摩擦力的作用下，壁板運(yùn)動并產(chǎn)生塑性變形，逐漸彎曲，最終成形為等曲率的工件。整體壁板如果直接滾彎成形，由于壁板形狀不規(guī)則，筋條高且壁薄，三個輥輪施加載荷的情況下，筋條處容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象；且蒙皮表面圓弧不光滑連續(xù)，在筋條處會產(chǎn)生明顯凸起，因此成形后的壁板不能滿足使用要求。在凹槽內(nèi)部填充材料相同的墊板可以改善筋條的受力狀況，提高壁板的成形性能。

如圖4所示，圖4是填充墊板后圈圓成型的零件。此處需要說明的是，經(jīng)過圈圓后，蒙皮彎曲的半徑和要求尺寸接近但不完全相同，需要結(jié)合退火熱處理后進(jìn)行校形，來獲得要求尺寸的零件。熱處理的優(yōu)選溫度為300℃～350℃，且熱處理時間為60～80分鐘，進(jìn)一步的優(yōu)選在310℃～330℃，能夠提高材料的塑性。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選的方案：在方法步驟(2)加工完平板的凹槽后可增加退火去應(yīng)力熱處理，這樣在后續(xù)步驟(4)進(jìn)行圈圓加工時可獲得良好的加工效果，并且減輕校形的工作量。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選的方案：步驟(4)的圈圓加工可用數(shù)控折彎機(jī)搟圓的方法，適用于加工厚度較厚不能用圈圓機(jī)圈圓加工的帶筋蒙皮。

本發(fā)明還有一種優(yōu)選的方案：步驟(3)中用不同厚度的墊板組合，使組合后的厚度與凹槽深度一致。

本發(fā)明的技術(shù)效果，經(jīng)過測試，加工了10個，外形面的線輪廓度公差均能達(dá)到0.03精度以內(nèi)。，本發(fā)明的彎曲方法已經(jīng)用在加工某種飛行器油箱的外蒙皮的加工，取得了良好的效果。

本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。