铝质板双曲冷加工的新方法

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摘 要：本文介绍了在某产品建造过程中难以加工的双曲铝板加工方法，并以导流罩为例，通过实际改造设备和制作工模，探究工艺流程、最终加工成型的过程。

关键词：铝质双曲板；导流罩；工模；冷加工

中图分类号：U665.1 文献标识码：A

1 前言

我公司建造的某特种船舶由于船体零件大部分为铝质，由于铝的熔点只有660℃，热加工当金属温度达到或超过低熔点共晶温度时容易产生过烧现象。过烧严重时表面呈现明显的氧化色、密集小泡，显微组织中出现晶界加粗或晶内出现复熔共晶球，所以在加工双曲铝板时不能采用传统的钢质加工工艺，先进行单曲率的冷加工然后进行水火弯板进行双曲加工。所以双曲铝板加工就成为一个摆在某船建造过程中的难题，因此探讨铝质双曲板的加工方法就显得非常有意义。

2 设计原理和思路

1）由于某产品导流罩曲线复杂，曲率变化大，且铝板容易在工序中产生擦、划伤等缺陷，结合生产实际需求决定采取一次成型冷压技术。这就要求冷加工精度必须提高，而现有的160t油压机精度和灵活度不能完全满足生产需要，故首先需对油压机进行改造以满足生产需要；

2）对难加工的双曲板导流罩进行数学放样，将双曲板展开后进行相应的工模制作；

3）精度误差分析。对加工过程中可能产生的各种误差进行误差分析，通过对各环节误差分析结果进行过程控制，确保最后加工的成品符合精度和工艺要求；

4）将工模与改造后的油压机进行匹配试验，并应用自己设计的易取易装简易装置进行试加工，符合精度要求后进行正式加工。

3 实施步骤

3.1 油压机的改造

1）手动操纵杆改为电动控制平台

改造前，通过操纵手柄的往复运动，控制液压油路的流量，达到增加或降低冷加工压力的目的。该方式存在诸多弊端：

① 采取机械控制，使用时间稍长，零部件很容易产生漏油，维护困难，且影响油压机的压力稳定性，时常达不到额定工作压力；

② 采取机械零件进行压力控制，动力传输速度较慢，生产过程中的压力转换等待时间长，难以提高冷加工的生产效率；

③ 利用机械手柄操纵，手柄的位置必须固定在设备的一侧，无法随生产的需要进行移动，当需要加工一些比较大的零件的时候，会产生一个“角度盲区”，无法观察到零件的加工情况，既影响工作效率，又存在一定的质量和安全隐患。

改造后，手动操纵杆改为电动控制平台，上述问题都迎刃而解。电动控制平台，维护方便，不存在漏油情况，控制速度快，生产效率和精度得到了保证。

2）液压箱及其管路改造

改造前，液压箱及其管路全部在160t油压机的主缸顶部，存在以下几方面的不足：

① 维修困难，一旦发生故障，爬上爬下，存在安全隐患；

② 保养困难，液压管路需要每天进行擦拭、维护，在设备顶部维护起来非常不方便，且存在安全隐患；

③ 阀件、接头、仪表等位置容易飞落灰尘，由于在设备顶部，不能及时进行清除、擦拭，是造成设备故障、影响设备使用寿命的重要因素。

改造后，将主缸顶部改到地面，容易操作，设备保养、维护、维修比以前方便了，所以故障也就少了，既保证设备的使用寿命，又大大提高了冷加工的生产效率。

3）主缸活塞圈改为Y型活塞圈

改造前，主缸活塞圈为O型，必须是耐油、耐磨型的，但是在使用过程中，仍然时常由于磨损造成漏油、不畅而发生故障，给维护、保养带来了较大的难度，同时也影响生产效率的稳定和提高。

改为Y型后，这一问题得到了较好的解决。首先，Y型圈耐油、耐磨性更好，同样的材料，由于运动顺畅，磨损减轻了很多；又因为磨损减轻、与缸壁的接触面积更大，所以漏油情况就大大减少了，对连续生产、保证冷加工的生产效率是非常有益的。

3.2 导流罩的数学放样

利用蓝图数据将导流罩线形视图画出，根据机械制图原理和SPD数学计算机放样技术，导流罩双曲板展开获得纵向和横向线形，将每个剖面线形进行木卡制作，届时将用木卡检验模具自身的线形。

3.3 精度误差分析

加工过程中产生的精度误差，主要有几点：

1）油压机的操控误差

加工过程中主要是通过油压机和自制的工模完成的。因此，油压机操作的误差对铝板冷加工精度影响较大，故对油压机进行改造是很有必要的。

2）模具的几何误差

模具误差对铝板冷加工精度的影响也是很大的。采用压角模具加工时，模具的磨损会直接影响外板的加工精度，且上下模具大小和线形直接决定铝板加工大小和线形。因此，采用等离子切割机数控下料，将切割精度控制在2mm范围内。

3）样板变形产生的误差

由于样板的制作都是由人工进行手工制作的，因此其本身就不可避免存在误差，并且由于样板的长期使用，使样板受到磨损而影响其精度，从而使产品的加工精度降低。因此要求现场作业人员在操作过程中要做到轻拿轻放，妥善保管样板，对于经常使用的样板进行精度报验，从而减少人为因素对精度的影响。

4）工艺系统受力变形产生的误差

加工过程中由于铝板刚度相对于油压机、模具来说比较低，在压力的作用下，铝板由于刚度不足而引起的变形对加工精度的影响就比较大。因为变形与载荷不成线性关系，加载曲线和卸载曲线不重合，卸载曲线滞后于加载曲线。两曲线线间所包容的面积就是加载和卸载循环中所损耗的能量，它消耗了摩擦力所做的功和接触变形功。第一次卸载后，变形恢复不到第一次加载的起点，这说明有残余变形存在，经多次加载卸载后，加载曲线起点才和卸载曲线终点重合，残余变形才逐渐减小到零。

3.4 工模制作和安装

根据放样出来的线形以及结合改造后的160t油压机的机械特性，需制作出模具更换快，加工精度高的工模方能满足现场需求。

机械工模分为上模与底模。由于是双曲性质，上模和底模同时决定着加工件的形状，所以模具首先是从现场和放样数据进行分析，且要考虑机械本身能所承受的压力和下面几点因素来制作。

1）根据机械本身的上下限及宽度和加工件的长宽度，初步判断工模长宽高并绘出草图（在这里还需要考虑操作人员的安全站位与视线不被阻碍）；

2）根据加工件的力学性能（这里主要用于加工铝质零件），制定出所需工模材料的厚度，经计算得出需要至少20mm板厚的钢板才能满足；

3）为降低成本，本工模制作全部选取适当大小的余废料，按照放样得出的展开图进行数控钢板切割；

4）切割后的模具横向线形进行冷压加工，纵向线形水火弯板加工，多次反复直至符合木卡精度要求为止；

5）将加工好的模具采用横骨架式肋板结构焊接成一体，增加模具刚度和强度；

6）采用螺杆连接方式将上模与油压机上压板连接，底模用螺杆与底座进行连接紧固好，至此，上模和底模安装完毕。

4 现场实际应用

将制作好的工模用快速拆装螺杆与改造后的160t油压机连接，现场进行工模实际贴合试验，所加工的试验板纵向和横向曲线线形都符合精度要求，最大线形离空不超过2mm，而且装卸工模方便灵活，改造后的电控平台操作简单，反应迅速，完全能满足现场生产需要。最后进行实际铝板导流罩加工，加工过程一次成型，板厚压制均匀无折痕，线形过渡自然，符合精度和工艺要求，如图1。

5 结束语

通过对导流罩双曲板加工方式的研究和实际应用，不仅在生产上及时高效解决了某产品复杂零件的加工，保证了生产周期，圆满完成了加工任务，而且在铝质产品加工方式上摸索出一条新的工艺方法，为后续更为复杂的铝质产品船积累了相关经验，为探索和优化先进工艺奠定了坚实的基础。