“Z”型截面挤压型材滚弯成形工艺

 “Z”型截面挤压型材滚弯成形工艺

王顺红   车剑昭

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安   710089

摘要：挤压型材滚弯成形工艺技术是一种在工业领域广泛应用的生产工艺。该工艺通过将金属挤压型材利用滚弯成形设备弯曲成所需形状。本文将详细介绍“Z”型截面挤压型材滚弯成形工艺技术的各个方面，包括技术概述、工艺特点、成形机理、关键工艺参数、模具与设备及工具、成形过程及精度控制以及缺陷分析与防治。通过本文的论述，使我们能更深刻的了解“Z”型型材滚弯成形对提高产品高质量的重大意义。

关键词：“Z”型截面；型材滚弯；工艺参数；预防缺陷

一引言

型材滚弯成形工艺在航空、航天以及汽车、高铁上的型材弯曲件的制造中得到了广泛的应用，好多骨架零件都采用了型材框，如T型框缘、Z型缘条等，由于选用的型材截面和零件曲率变化多种多样。因此型材的滚弯成形技术的研究对提高零件的质量有着十分重要的意义。滚弯在工业生产中是一种重要的成形工艺，用于制造尺寸大、外形准确度要求较高、相对弯曲半径大的等曲率挤压和板弯型材的弯曲成形。

二零件概述

“Z”型截面挤压型材，该零件材料为7075-O，XC421-6，型材标准为AMS-QQ-A-200/3，长度为1500mm，

弯曲半径R750mm。曲率半径大，适合于批量滚弯成形。                                     

滚弯是坯料在滚轮施加弯矩的作用下逐渐被弯曲成形的工艺过程。滚弯的挤压型材按半径是否变化可分为等曲率和变曲率两种，可以用来成形T型材、Z型材等截面零件的弯曲。优点是挤压型材滚弯成形具有通用性好、不需要制造相应的模具、设备也较简单的特点。

型材滚弯成形工艺是一种复杂的工艺，需要精确控制型材毛料与滚轮的相对位置以及滚轮之间的相对距离。接触点分别为a、b、c三点，滚轮之间相对距离H和B都是变数，可以任意调整，以适应零件曲度的需要。这种工艺具有以下特点：

1、不同种类、不同规格的型材物形参数不同，成形性分析困难。

2、变形特点复杂，“Z”，型截面为空间状态，不同于板料的平面状态。目前的成形理论均是针对平面板料的成形变形研究建立。

3、滚弯成形关键工艺参数：包括弯曲半径、弯曲方向、材料性质、型材截面特性和截面积和尺寸。

三 工艺技术难点分析

1、滚弯成形机理：

塑性变形模型：滚弯的实质就是连续不断的压弯，即通过旋转的滚轮，使型材在滚轮的作用力和摩擦力的作用下，自动向前推进并产生弯曲。

三点定圆：型材经滚弯后所得的曲度取决于滚轮的相对位置、型材的截面和力学性能。滚轮之间的相对距离H和B都是变数，可以任意调整，以适应零件曲度的需要。

2、“Z”型截面挤压型材，滚弯成形关键工艺参数：包括弯曲半径、弯曲方向、材料性质、型材截面特性和截面积和尺寸。

弯曲半径是指材料在弯曲过程中，中心线与弯曲工作区外侧的距离。弯曲半径的大小直接影响着弯曲成形的难易成度和成形质量。在滚弯成形过程中，弯曲半径取决于材料的力学性能、型材截面尺寸和滚弯设备的工艺参数。在一定条件下，减少弯曲半径可以提高弯曲成形能力，但过小的弯曲半径可能导致材料表面裂纹和内部损伤。因此，需要根据材料的性能和成形要求，选择合适的弯曲半径。

弯曲角度是指材料在弯曲过程中，外侧表面与原始支线之间的夹角。弯曲角度的大小直接影响着成形的形状和尺寸精度。在滚弯成形过程中，弯曲角度取决于型材的截面特性和滚弯设备的工艺参数。为了获得精确的成形角度，需要对型材截面特性和工艺参数进行详细分析，并根据实际生产需要进行调整。

弯曲方向是指材料在弯曲过程中，外侧表面相对于基准线的走向。弯曲方向对成形的形状和尺寸精度有着重要的影响。在滚弯成形过程中，弯曲方向需要根据型材的截面特性和成形要求进行选择。对于具有对称性的型材，可以通过改变弯曲方向来获得不同的弯曲形状。在实际生产中，需要根据产品的设计要求和生产工艺的实际情况，选择合适的弯曲方向。

材料性质，材料的力学性能对滚弯成形有着重要影响。材料弹性模量、屈服强度、抗拉强度等性能参数都会影响成形的难易程度和成形质量。在滚弯成形过程中需要选择适合于加工要求的材料，并根据材料的性能参数调整工艺参数，以保证成形的顺利进行和获得高质量的零件。

型材截面特性。型材截面特性对滚弯成形有着重要的影响。截面形状、尺寸大小、壁厚等因素都会影响成形的难易程度和成形质量。在滚弯成形过程中需要根据型材截面特性和加工要求，选择合适的工艺参数和模具结构，以保证成形的顺利进行和获得高质量的零件。

截面几何尺寸是影响滚弯成形的主要因素之一。截面尺寸的大小直接影响着成形的形状和尺寸精度。在滚弯成形过程中，需要精确控制截面几何尺寸的大小和精度，以保证成形的形状和尺寸符合要求，在实际生产中，可以通过设计合理的模具结构和采用先进的加工技术来保证截面几何尺寸的精度和稳定性。

四 主要技术难点的解决途径

1、预防腹板与缘条错动

产生零件腹板与缘条错动，是由于腹板面的刚度大于缘条面的刚度，导致零件表面裂纹和内部损伤。是与零件的弯曲半径过小和滚弯速度太快。“Z”型截面挤压型材的弯曲半径为R750mm，零件尺寸1500mm，弯曲半径较小，能提高弯曲成形能力，依据设备的参数，为了防止表面裂纹和内部损伤，加大毛料长度，一段加长300mm，采用渐进成形，逐步滚弯，达到最终弧度。这样弯曲半径、弯曲角度、弯曲方向也是随着零件的弯曲变化而变化，结合设备主轴的旋转速度进行调整，可以很好预防零件表面裂纹和内部损伤。

2、预防零件斜弯曲变形和扭转变形

产生零件斜弯曲变形和扭转变形，是因合力的作用点不在或不平行于任一中心主惯性平面。“Z”型截面挤压型材材料为7075铝合金,具有良好的机械强度、较大的强度比、较好的延展性和很强的可变形性。适合于航空零件选用，其材料弹性模量E=69GPa、屈服强度≥345MPa、抗拉强度≥520MPa,伸长率=13%。所以，在滚弯出现过程中，选择合理的型材截面特性，截面形状、壁厚等因素，都又利于成形的形状和尺寸精度。再配合滚床的主动轮的速度，可以很好改善零件斜弯曲变形和扭转变形。

3、预防零件剖面角度的变化

产生零件剖面角度的变化，主要是在导轮以外的变形区缘条上表面没有任何受力约束，弯曲滚轮对型材作用的合力不通过弯曲中心而引起变形。“Z”型截面挤压型材在滚弯时，保证弯曲主动轮、从动轮以及两侧的导向轮尽量保持在一个平面内，随着弯曲弧度的增加，随时调整到轮的位置，可以很好改善零件剖面角度的变化。

4、滚轮模具的合理设计及制造精度

零件截面尺寸的大小直接影响着成形的形状和尺寸精度。滚轮的结构、几何尺寸和精度必须与型材截面尺寸匹配，也直接影响着成形的形状和尺寸精度。因为滚轮直接与零件表面接触，滚轮的截面形状必须符合型材截面且表面要光滑，型材内边缘与滚轮之间合理间隙值选取范围为0．1～0．2mm。

在上述措施的实施时，应适当增大上、下导轮的直径，以使型材和导轮间具有较长的接触面积，改善型材在导轮间的支持状况，应尽量减少弯曲轮和导向轮之间的中心距，以便缩短型材在其间的悬空段长度，能大大改善滚弯成形质量和提升成形效率。

五、结束语

综上所述，挤压型材滚弯成形工艺技术在工艺领域具有广泛的应用前景。通过对该工艺技术的深入了解和研究，可以不断提高型材滚弯成形的产品质量和生产效率。使我们能更深刻的了解“Z”型型材滚弯成形对提高产品高质量的重大意义。