高清可复制 HB 8401-2013(2017) 钣金成形工装设计要求

　　ICS 49.040 V 96

　　HB 8401-2013

　　钣金成形工装设计要求

　　Designing requirements of sheet metal parts forming tooling

　　2013-04-25 发布 2013-09-01 实施

　　中华人民共和国工业和信息化部 发 布

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国航空综合技术研究所归口。

　　本标准起草单位：中国航空综合技术研究所、沈阳飞机工业(集团)有限公司、成都飞机工业(集团)有限责任公司。

　　本标准主要起草人：李晓林、江开林、梁 勇、谭书伦、皮付见、张绪杰。

　　钣金成形工装设计要求

　　1 范围

　　本标准规定了钣金成形工装设计依据、设计原则、设计程序、材料选用、结构设计、验证等技术要求。

　　本标准适用于航空企业钣金成形工装设计。

　　2 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　2.1

　　钣金成形工装 sheet metal parts forming tooling

　　用于钣金零件成形的型胎、压型模、模胎、拉形模、热成型模、超塑成形模等各类工艺装备的统称。

　　3 钣金成形工装分类

　　钣金成形工装可按加工对象分类，具体类别见表 1。

　　表 1 钣金成形工装分类

　　4 一般要求

　　4.1 设计依据

　　钣金成形工装设计主要依据包括：

　　a) 工艺装备申请单(订货单)或工装设计技术条件;

　　b) 产品数据;

　　c) 制造工艺方案;

　　d) 工艺数模;

　　e) 机床使用说明书;

　　f) 工装设计规范、手册;

　　g) 相关指令性工艺文件。

　　4.2 设计原则

　　钣金成形工装设计应遵循以下原则：

　　a) 使用性：定位应准确合理、夹紧可靠、工作开敞、使用方便， 满足钣金零件塑性成形和成形设备的要求，并安全、稳定;

　　b) 协调性：符合钣金零件的工艺协调要求;

　　c) 经济性：工装应有良好的制造工艺性、可改造性(产品改型)、可延续性(试制批与批生产)，优先选用已有材料、标准元件及成品附件;

　　d) 先进性：工装应适应新技术的发展，利用数字化设计制造技术。

　　4.3 设计要求

　　钣金成形工装设计一般应遵循如下要求：

　　a) 工装工作型面应取自产品型面或由产品型面派生的型面。

　　b) 需要对产品的曲面延伸时，零件切割线内的曲面延伸应采用“曲率”延伸法，零件切割线外的曲面延伸方法应根据模具的结构情况而定。

　　c) 采用数控加工模具时，应给出所需要的全部加工要素及永久的数控加工基准，用于工装制造、检测、返修等。数控加工基准可采用多点形式、孔及面形式。

　　d) 钣金零件在钣金成形工装图样中应以双点划线描述，作为虚拟的钣金零件形式应反映在工装二维图样上，直观反映钣金零件与钣金成形工装之间的关系。

　　e) 钣金成形工装二维图样中应表达必要的钣金成形工艺信息，如：拉深系数、冲裁力、成形力、模具闭合高度等。

　　f) 与标准工装有协调关系的部位应给出详细的图示说明。

　　4.4 设计程序

　　4.4.1 设计流程

　　钣金成形工装典型设计流程见图 1。

　　4.4.2 主要工作内容

　　各项设计工作内容如下：

　　a) 设计准备：确定设计依据、原则，确定主要构件的材料种类;

　　b) 方案设计：确定工装的设计基准、协调方式， 产品在工装中的位置、出模方式， 确定工装的结

　　构形式、产品的定位方式以及采用的电、磁、液(气)压系统原理图等;

　　c) 方案评审：对设计方案的正确性、合理性和可实施性做出改进建议及结论，必要时发评审记录;

　　d) 结构设计：进行工装模架、成形模块、定位元件、夹紧元件及其他辅助部分的具体设计并对具体细节进行结构优化;

　　e) 系统设计：设计工装测量基准，采用的机、电、磁、液(气)压装置的工装需进行控制系统的设计，柔性定位需进行伺服控制系统的设计;

　　f) 设计评审：对细节设计内容的正确性、完整性和工艺性做出改进建议及结论， 必要时发评审记录;

　　g) 验证：在设计阶段进行全过程设计验证，在制造完成后和初次使用时进行生产验证;

　　h) 验证评审：对验证结果进行评价，并提出改进措施和建议，进行修改;

　　i) 交付：通过验证评审，交付使用。

　　图 1 钣金成形工装典型设计流程

　　5 详细要求

　　5.1 材料选用

　　钣金成形工装应根据工装类别、成形特点、钣金零件的材料特性、使用条件、生产批量和生产准备周期等方面的要求选择合适的材料，常用材料参见附录 A。

　　5.2 结构设计

　　5.2.1 型胎的结构设计

　　型胎用于飞机框肋类零件的手打成形和检验，一般由胎体、盖板、工具销、定位销组成， 设计时应考虑：

　　a) 型胎上有凸边孔时，胎体成型部位应制成通孔。

　　b) 躲避凸边、加强槽时，胎体躲避部位可不开通。

　　c) 应充分考虑型胎的刚度和强度，必要时应采用合适的结构给予加强(底部加强、左右件共用、端头加强、横梁加强等)。

　　d) 同向或异向弯边零件，若零件的弯边角度≥90˚时，定位销、工具销应装在胎体上。

　　e) 同向负角度多弯边零件的胎体应采用合适的分块形式。定位销、工具销应装在盖板上。

　　f) 异向负角度多弯边零件应选用活动定位销、活动工具销。

　　g) 连续弯边零件的型胎应设计侧盖板。

　　h) 型胎应划零件边缘线、余量线及其他基准线。

　　i) 根据型胎的尺寸大小应考虑是否安装手柄、吊环。

　　5.2.2 压型模的结构设计

　　压型模是在橡皮囊液压机床上用橡皮压制成形钣金零件的工装。其结构与型胎的结构基本一致，设计时应考虑：

　　a) 模具外廓尺寸应符合橡皮囊液压机工作台许用的限制范围。

　　b) 为保护液压机橡皮囊，模具外露部分应倒圆角，圆角半径为(8～15)mm。

　　c) 外露孔直径大于 10 mm 时应采用专用堵头或蘑菇头销。

　　d) 大型框肋类零件，腹板面上无下陷及急剧变化的凸、凹形状时，可不用盖板。

　　e) 长桁缺口处的弯边不成形，一般应先液压成形零件其余部分，再手工成形长桁缺口处的弯边。

　　f) 当钣金件腹板面上的加强窝、弯边减轻孔需做躲避时，应考虑在盖板或胎体上加顶块支撑。

　　g) 成形零件有收边部分，应视零件形状和尺寸设计增压块，用来控制橡皮走向，改善局部应力状态，消除零件皱纹。

　　h) 成形零件弯边面带有下陷时应设计侧压结构，并对零件进行刚性校正。侧压块的导向装置应能平衡侧向力。

　　i) 应根据压型模的尺寸考虑是否安装手柄、吊环。

　　5.2.3 热成型模的结构设计

　　热成型模用于在热成形机床上成形钛合金零件，设计时应考虑：

　　a) 模具型面应使零件处于最稳定状态，模具的压力中心应和设备保持一致。

　　b) 模具材料与成形件材料的热膨胀系数不同，模具设计应考虑对模具尺寸进行修正。

　　c) 在满足零件边缘线的条件下，模具的最高型面和最低型面距离一般不超过 15 mm。

　　d) 为防止异物进入模体及取件方便，宜采用凸模作下模。

　　e) 应在零件切割线外多余的搭边位置设计取件槽或设计零件顶出装置。

　　f) 模具上应标记零件边缘线和余量线。

　　g) 上模宜用“工字键”与机床联接，下模应做出通体的凸边或凹槽用螺栓、压板固定。

　　h) 上、下模的对合应采用导向块或对模销，应考虑膨胀量的影响，给出补偿量。

　　i) 零件毛料的定位销钉，一般应高于模具型面的最高点 5 mm 以上。定位销躲避孔， 只可有一个圆孔，其余为长圆孔。

　　j) 模具的上、下模均应设置一至三个直径 12 mm 深(80～90)mm 的测温孔，孔中心距型面(10~ 20)mm。

　　5.2.4 超塑成形模的结构设计

　　超塑成形模用在超塑成形机上成形(含超塑成形/扩散连接)钛合金零件，设计时应考虑：

　　a) 模具型面的表面粗糙度 Ra 值应小于等于 1.6 μm;

　　b) 模具应具有较好的高温密封性能，密封形式可采用单排或双排密封埂密封;

　　c) 模具应设置至少一个进(或排)气孔，进(或排)气孔的直径一般不大于 2 mm;

　　d) 模具应设置多个测温点，模具中心应有一个测温点，模具侧面每间隔 600 mm 至少应有一个测温点;

　　e) 模具上放置热电偶的孔的深度应大于五倍热电偶外形直径;

　　f) 模具材料与成形件材料的热膨胀系数不同，模具设计时应对模具尺寸进行修正;

　　g) 应根据模具的尺寸大小选用吊挂装置。

　　5.2.5 拉形模的结构设计

　　拉形模用于飞机蒙皮类零件的拉伸成形，设计时应考虑：

　　a) 结构尺寸应能保证模具具有足够的强度与刚度;

　　b) 拉形模上应标记零件边缘线和余量线;

　　c) 型面外形应按零件的边缘线或余量线外延(40～50)mm;

　　d) 型面端点的两条对角连线宜与底面平行;

　　e) 四周应采用合理的圆角和侧面斜角;

　　f) 重量应小于使用单位和制造单位所用吊车的起吊能力;

　　g) 安装结构应能与拉形机相匹配;

　　h) 应根据模具的尺寸大小选用合适吊挂装置。

　　5.2.6 模胎的结构设计

　　模胎用于手工成形、修边、检验蒙皮类钣金零件，设计时应考虑：

　　a) 结构尺寸应保证模具有足够的强度与刚度。

　　b) 应标记零件边缘线和余量线。

　　c) 四周应采用合理的圆角。

　　d) 重量小于 4000 kg 的模胎宜选用铸钢材料，当零件外形尺寸大于 2200 mm 时，模胎宜选用铝基体表面敷 25 mm 厚可加工塑料。当模具厚度尺寸大于 140 mm，模胎材料宜选用 HT250 及HT300。

　　e) 应根据模具的尺寸大小选用合适的吊挂装置。

　　5.2.7 落锤模的结构设计

　　用于型面较复杂的飞机蒙皮类零件的落锤成形和手工修整，设计时应考虑：

　　a) 整体式落锤下模应在外侧四角制出导向凹槽，尺寸 80 mm ×80 mm～120 mm ×120 mm，高度 70 mm，取 13˚~15˚拔模角,上模按下模铸出型面及导向凸台;

　　b) 落锤模外廓尺寸应大于零件毛坯 30 mm～50 mm ，且不小于 500 mm ×500 mm，模体厚度应不小于 150 mm;

　　c) 模具冲压方向应保证型面无闭角;

　　d) 分体式落锤模的型模应与底座分体制造,导向装置在底座上;

　　e) 成形铝零件时，落锤模上模宜用铸铅，下模宜用铸锌;

　　f) 成形钢零件时，上模、下模均宜用铸锌;

　　g) 成形局部凸起零件时，下模应用铸钢制成后铸入铸锌底座，亦可制成整体铸钢;

　　h) 落锤模应在模体上铸入吊环。

　　5.2.8 拉弯模的结构设计

　　拉弯模用在型材拉弯机上拉弯成形挤压型材零件。设计时应考虑：

　　a) 结构尺寸应保证模具有足够的强度与刚度;

　　b) 型材零件上有下陷时，不宜在模具上制出;

　　c) 结构尺寸应根据所选用的拉弯机进行设计;

　　d) 应有良好的开敞性，便于拉弯时观察和敲修;

　　e) 应方便搬运，装夹和卸件简单易行;

　　f) 底部螺钉应制成沉头，吊挂应安装在模具上表面。

　　5.2.9 下陷模的结构设计

　　在通用冲压设备上冲制各类复杂型面的挤压型材和板弯型材的下陷，设计时应考虑：

　　a) 优先选择通用模块与通用模座配套组合的下陷模;

　　b) 模具的下陷深度应较零件下陷加深;

　　c) 专用下陷模可仅设计上模、下模和挡板等下陷模块;

　　d) 下陷模块的结构尺寸应与通用模座结构尺寸协调一致。

　　6 验证要求

　　可采用以下方法进行验证：

　　a) 计算分析;

　　b) 试验验证。

　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　钣金成形工装常用材料

　　钣金成形工装常用材料见表 A.1。

　　表 A.1 钣金成形工装常用材料