【ZiDongHua 之方案應用場收錄關(guān)鍵詞： Quintus 航空航天制造業(yè) Flexform壓機 液壓深拉壓機】

Quintus革新直升機噴氣發(fā)動機排氣管制造：一次性成型技術(shù)引領(lǐng)50%成本削減

在航空航天領(lǐng)域，技術(shù)的每一次飛躍都承載著對更高效率與更低成本的不懈追求。Quintus，作為鈑金成型技術(shù)的行業(yè)先鋒，憑借其卓越的成型解決方案，再次展現(xiàn)了其在復雜部件生產(chǎn)中的獨特優(yōu)勢。通過其創(chuàng)新的一次性成型技術(shù)，成功重塑了直升機噴氣發(fā)動機排氣管的生產(chǎn)流程，實現(xiàn)了生產(chǎn)成本的顯著下降，降幅高達50%。

Quintus的優(yōu)勢在于其深厚的技術(shù)底蘊與對工藝的不斷優(yōu)化。通過將剛性模具與靈活的橡膠隔膜完美結(jié)合，并在高壓液壓系統(tǒng)的精密控制下，Quintus能夠以前所未有的精度和效率完成復雜部件的成型。這種技術(shù)的靈活性與經(jīng)濟性，為直升機噴氣發(fā)動機排氣管的生產(chǎn)帶來了革命性的變化。通過減少生產(chǎn)步驟——從原先的九個簡化為五個，Quintus不僅大幅縮短了生產(chǎn)周期，還顯著降低了生產(chǎn)成本，是小批量、多品種部件生產(chǎn)的理想解決方案，為航空航天制造業(yè)樹立了新的標桿。

更高壓力，更多優(yōu)勢

Quintus的Flexform壓機憑借其卓越性能，將單模金屬板材成型技術(shù)推向了新的高度，其核心優(yōu)勢在于能在前所未有的高壓環(huán)境下運行——壓力高達1,400 bar(相當于20,000 psi)，遠超市場上普遍采用的200 - 300 bar(3,000-4,350 psi)的老舊設(shè)備及新型低壓設(shè)備。

圖1：Quintus 液壓深拉壓機

該款深拉伸壓力機裝備了可調(diào)節(jié)的活動沖頭，能夠依據(jù)拉伸深度的變化精準調(diào)控成形壓力，因而特別適用于制造深度大、形狀復雜的金屬零件。該壓力機集成了先進的深拉工位與經(jīng)典的成型工位，兩者相輔相成，進一步拓寬了加工范圍。

得益于其超高的工作壓力與精細的壓力控制技術(shù)，加之創(chuàng)新的模具設(shè)計，Quintus Flexform壓機使得原本需要多道壓制工序及中間熱處理的復雜形狀制造，現(xiàn)在僅需一至兩道工序即可完成。尤為值得一提的是，盡管壓力顯著提升，但由于采用了柔性橡膠膜片作為壓力傳遞媒介，確保了成形過程的溫和性，有效降低了材料開裂或其他損傷的風險。

Quintus Flexform壓機的高壓環(huán)境還顯著減少了常見的回彈現(xiàn)象，使得部件尺寸更易于控制在公差范圍內(nèi)。同時，高壓還帶來了更為可預測的加工結(jié)果，顯著降低了成形公差的波動。結(jié)合現(xiàn)代模擬軟件，工程師們能夠極其精確地預測回彈情況，并在設(shè)計生產(chǎn)模具時進行精準補償，這往往能夠徹底消除后續(xù)修正的需要，大幅提升生產(chǎn)效率與成品質(zhì)量。

項目實例：直升機噴氣發(fā)動機的排氣管

Quintus所展示的實例聚焦于直升機噴氣發(fā)動機的關(guān)鍵部件——排氣管。該排氣管已穩(wěn)定生產(chǎn)多年，材質(zhì)選用的是厚度為0.76毫米(相當于0.030英寸)的鉻鎳鐵合金625，以其卓越的耐高溫與耐腐蝕性能著稱。

此排氣管零件設(shè)計復雜，呈現(xiàn)三維曲面形態(tài)，構(gòu)成了最終排氣管結(jié)構(gòu)的外半殼部分。在生產(chǎn)過程中，這些半殼部件需經(jīng)過精細加工，隨后通過焊接技術(shù)無縫對接，形成完整的排氣管結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，直觀展示了其形態(tài)。

圖2：此類組件的典型位置

圖3：組件的幾何形狀

原始的制造流程總共包括九個步驟，從毛坯的初步準備階段到后三次精密的壓制操作，旨在將材料塑造成既定的形狀。由于壓制過程中材料易發(fā)生加工硬化現(xiàn)象，影響后續(xù)加工性能，因此在最終成型階段之前，增設(shè)了中間熱處理環(huán)節(jié)，旨在通過熱處理軟化材料，恢復其加工性能，確保后續(xù)加工精度與產(chǎn)品質(zhì)量。

圖4：原始制造工藝

Quintus的應用專家團隊看到了優(yōu)化工藝的潛力，迅速啟動了一個制作演示模型的項目。此后，Quintus 的工程師憑借在模具設(shè)計方面的長期經(jīng)驗以及現(xiàn)代模擬軟件提供的可能性，迅速開發(fā)了一種新的模具和壓制循環(huán)，從而將成型階段從三個減少到了一個。

圖5：通過模擬，可以準確預測成形結(jié)果，包括回彈，并大大加快開發(fā)過程

此外，能夠極其精確地模擬成型操作，是確保開發(fā)過程既迅速又經(jīng)濟高效的核心所在。通過在模擬軟件中進行測試和驗證，可以將傳統(tǒng)的試錯成本降至最低。

Quintus的工程師團隊致力于探索一種新型模具設(shè)計——在切邊線外側(cè)采用圓頭而非圓角，旨在進一步減少成型步驟。模擬結(jié)果不僅驗證了這一創(chuàng)新概念的可行性，還明確顯示，新設(shè)計的模具僅通過一次壓制便能圓滿完成成型任務(wù)，且成品表面光潔無瑕，無裂紋與褶皺之虞。圖6中的成形極限圖清晰表明，所有應變值均遠低于極限閾值，而材料加厚現(xiàn)象主要集中在切邊線外側(cè)，不影響整體成型質(zhì)量。

圖6：通過模擬材料中的應變，我們清楚地認識到，可以將壓制次數(shù)從三次減少到一次，而不會出現(xiàn)裂縫或褶皺

模擬結(jié)果還表明，回彈極少，切邊線內(nèi)的減薄也遠低于規(guī)定的20%限值，見下圖7。

圖7： 模擬顯示的有限的回彈和變薄

模擬軟件還允許Quintus工程師直接在軟件中優(yōu)化拉伸曲線(壓力與沖程)和坯料形狀，以節(jié)省實際試驗的時間。

新模具設(shè)計：一次壓制成型

在原始的成型工藝中，三道壓制工序總共需要兩套壓制模具：一套凹模用于初始壓制，另一套深拉模具用于最后兩道壓制。

Quintus通過利用現(xiàn)代Quintus壓機提供的各種可能性設(shè)計出了一種新模具。使用這種新模具，僅需使用一種模具、一次壓制就能實現(xiàn)產(chǎn)品零部件的最終成型，極大地優(yōu)化了生產(chǎn)，有效縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本。

圖9：左：原始模具成型，有邊角;右：新模具成型，無邊角

原模具與新模具之間的顯著差異，主要在于新模具采用了更為圓潤、無棱角的設(shè)計。棱角分明的幾何形態(tài)往往帶來加工上的挑戰(zhàn)，因為它容易引起應力集中，進而增加裂紋和褶皺產(chǎn)生的風險。鑒于舊模具的棱角特性，加工過程中不得不反復壓制坯料以防止起皺。

另一項重要改進是新模具上引入了扁平設(shè)計的拉環(huán)，這與舊模具上擁有不同半徑凹槽的拉環(huán)截然不同，后者往往導致不必要的徑向應力。

第三點改進體現(xiàn)在材料上，新模具選用了工具鋼作為制造材料，相較于舊模具的青銅材質(zhì)，這一改變不僅降低了成本，還顯著增強了耐磨性，從而延長了模具的使用壽命。

最后，新模具特別設(shè)計了一個凹槽，這一細節(jié)極大地便利了操作員對坯料的精確定位(如圖10所示)，提升了操作的便捷性和準確性。

圖10：新模具帶有凹槽， 便于坯料定位

新模具的工藝驗證

Quintus團隊使用Quintus QFM 1.1 - 800 型壓力機上進行了新模具的試驗，該壓機與原始生產(chǎn)工藝中使用的型號相同，壓力為 800bar。經(jīng)過八次壓制循環(huán)和不到一天的各種參數(shù)實驗，該工藝取得了預期的效果。測量結(jié)果表明，最大減薄率為 12.1%，遠低于20% 的允許減薄公差。

降本增效，新模具實現(xiàn)產(chǎn)能飛躍

該項目實例的驗證成果是優(yōu)化了排氣管的新生產(chǎn)工藝，其中生產(chǎn)步驟從九個減少到五個。雖然原工藝和新工藝都能生產(chǎn)出理想的零件，但新工藝大大節(jié)省了時間和成本，是一種極為創(chuàng)新、高效的新型工具設(shè)計。

圖11：新的成型優(yōu)化過程

圖12：使用原版模具(左)和新模具(右)進行壓制

新模具設(shè)計帶來以下優(yōu)勢

更省錢

? 僅需一個模具即可完成操作。

? 壓機磨損減少——每個零件的壓制次數(shù)從三次減少到一次，從而降低了維護成本。

? 脫脂和熱處理成本降低 50%——新工藝中只需進行一次脫脂和熱處理。

更短時

? 沖壓次數(shù)從三次減少到一次，釋放了大量的沖壓能力。以目前的產(chǎn)量計算，壓機占用率從58% 降至9%，減少了84%。

? 脫脂和熱處理的時間減少了 50%。

? 由于減少了各工序之間零件的裝卸、運輸和儲存，節(jié)省了大量成本。

? 由于原來的工藝要求操作員在坯料上的某些位置放置聚氨酯板和鋁片以提供額外支撐，因此操作員在準備沖壓時可以更快地進行操作。

三個關(guān)鍵因素使優(yōu)化成為可能

? Quintus Flexform壓機精確的壓力控制和高壓環(huán)境。

? 在工藝開發(fā)過程中進行精確的計算機模擬。

? 基于專業(yè)應用知識的創(chuàng)新模具設(shè)計。

通過新模具對原始成型工藝進行優(yōu)化，所需的生產(chǎn)步驟可從九步減少到五步。除了騰出壓機的大量產(chǎn)能外，僅這一特定部件的潛在成本節(jié)約估計就可減少50%以上!

精確模擬，重塑工藝開發(fā)體驗

在工藝開發(fā)的新紀元，模擬軟件已成為不可或缺的關(guān)鍵工具，它實現(xiàn)了對成型工藝的精準預測與模擬。摒棄傳統(tǒng)高成本、長周期的試錯式模具設(shè)計方式，迎來了更加高效的時代。

通過仿真技術(shù)，工程師能夠迅速評估模具設(shè)計在回彈與材料減薄等方面的表現(xiàn)，從而輕松優(yōu)化設(shè)計方案，最終促進生產(chǎn)率的飛躍與成本的顯著降低。

應用專家全面助力您生產(chǎn)優(yōu)化

在充分挖掘Quintus Flexform壓機先進性能的道路上，如提升壓力上限與實現(xiàn)更精細的壓力控制，模具設(shè)計師需在成型工藝與模具設(shè)計階段就前瞻性地納入這些考量。Quintus可提供從策略建議到完整模具設(shè)計的全方位支持，并開放該司旗下的高壓應用中心，供客戶進行實際試運行測試。

依托數(shù)十載的行業(yè)深耕，Quintus可在生產(chǎn)工藝優(yōu)化的早期構(gòu)想階段介入，特別針對正處于合同競標階段、力求突破的低成本高效能供應商，Quintus還將分享如何實現(xiàn)高品質(zhì)、高效率、低成本及高產(chǎn)量的設(shè)計策略與見解。Quintus的應用工程師，作為Flexform沖壓模擬領(lǐng)域的專家，也將為客戶從模擬分析到模具設(shè)計的每一步，提供專業(yè)支持!