先進鈑金成形技術在航空制造領域應用分析

先進鈑金成形技術在航空制造領域應用分析摘要：伴隨航空技術的高速發(fā)展航空制造領域對鈑金零件也提出更高要求因此探索先進鈑金成形技術在航空制造領域應用具有重要意義。文章首先針對鈑金成形工藝予以概述其次針對先進鈑金成形技術及應用展開分析望借此為實現先進鈑金成形技術在航空制造領域中的科學應用提供相應參考。關鍵詞：鈑金成形技術;航空制造領域;超塑成形技術中圖分類號：V261文獻標志碼：A文章編號：2095-2945（2021）34-0110-02Abstract：Withtherapiddevelopmentofaviationtechnologythereisahigherdemandforsheetmetalpartsinthefieldofaviationmanufacturingsoitisofgreatsignificancetoexploretheapplicationofadvancedsheetmetalformingtechnologyinthefieldofaviationmanufacturing.Firstlythispapersummarizesthesheetmetalformingprocessandthenanalyzestheadvancedsheetmetalformingtechnologyanditsapplicationsoastoprovidethecorrespondingreferenceforrealizingthescientificapplicationofadvancedsheetmetalformingtechnologyinthefieldofaeronauticalmanufacturing.Keywords：sheetmetalformingtechnology；aeronauticalmanufacturingfield；superplasticformingtechnology鈑金成形工藝在航空制造領域發(fā)揮著重要作用伴隨航空制造行業(yè)不斷發(fā)展產品需求也隨之不斷產生變化對新一代鈑金零件也提出更高要求如性能高、強度高及質量輕等。因此要求相關人員須不斷探索、研發(fā)新裝備、新工藝、新材料并將產品生產周期縮至較短以此實現鈑金零件的柔性、快速、精確、高效成形。1鈑金成形工藝概述鈑金零件在航空制造領域為一項重要零件在飛機機體構成中占據重要比重約為70%飛機整體制作勞動量中零件制作約占15%且具備零件種類多、剛性小及結構復雜等特點對飛機生產周期、飛機整體質量可產生直接影響。鈑金零件主要分為直線型彎曲件及復雜型面零件兩種類型其中直線型彎曲件在制作過程中多借助多處理機數控系統壓彎機可不間斷且自動的對滑塊位置、后擋架等位置予以測量并同所給出予以比對便于自動校正。預選油缸油壓時可利用數控系統進行預選同時也可實現對后擋架運行速度的調節(jié)完成自動編程工作。此外復雜型面零件的成形工藝復雜性較高蒙皮拉形機及噴丸成形機等為主要設備。蒙皮拉形機使用關鍵點在于需保障預拉力適中預拉力值須處于材料極限強度、屈服強度間反之將會過早產生金屬疲勞現象。其中噴丸成形技術即指借助高速彈丸向金屬板材表面撞擊使金屬板材表面及下層金屬在高速彈丸撞擊下產生塑性變形進而延伸促使板材彎曲成形制作所需外形的一類成形方式此成形方式多應用至飛機壁板類零件成形中。噴丸成形技術目前已在空客公司、波音公司發(fā)展為一類較為成熟的飛機壁板成形手段。德國KSA公司便利用噴丸成形技術所制造的Ariane5動力模塊框架的錐形板為空客A380型飛機提供機身壁板。2先進鈑金成形技術分析及應用2.1超塑成形技術/擴散連接技術根據實現超塑性成形條件如應力狀態(tài)、溫度狀態(tài)、組織狀態(tài)等差異超塑性成形主要可分為相變超塑性成形、細晶超塑性成形、其它超塑性成形三種類型。其中細晶超塑性成形在實際生產過程中應用最為廣泛。為實現細晶超塑性成形不僅要求材料須具備良好熱穩(wěn)定性能、等軸細晶組織外也應同時滿足以下兩項條件：一為變形溫度Tm<T其中Tm代表材料熔點溫度并以絕對溫度形式描述;二為應變速率應較低。陽模成形、區(qū)域成形、陰模成形為SPF技術的基本成形方法區(qū)域成形、陰模成形在實際應用中較為普遍。而實現陽模成形則需專用設備所生產零件具備壁厚均勻等特點。實際上陽模成形方式即將拉伸成形、超塑性氣壓成形兩種工藝相結合最終所獲得的深腔板成形件腔底同腔壁二者間壁厚差較少在氣瓶類零件成形加工中具備一定技術優(yōu)勢。理論上將擴散連接技術釋義為：無法形成塑性燮形的壓力環(huán)境下或所處環(huán)境溫度低于被連接工件熔點溫度的條件下可促使被連接金屬表面在未產生液相或形成液相條件下引發(fā)固態(tài)擴散實現連接目的的一種方法。超塑成形技術/擴散連接技術組合工藝擴散方法主要可分為過渡液相擴散連接及小變形固態(tài)擴散連接執(zhí)行擴散連接時應注意選用惰性保護氣體或真空避免零件氧化。此類技術針對鈦合金而言在工藝方面、技術條件方面均具有良好的兼容性因此在鈦合金工件制作時可同時實現連接、成形。2.2激光沖擊技術激光沖擊即指借助脈沖形式的激光束向金屬表面沖擊產生一種平面波在穿過工件同時促使材料塑性變形的一種技術因此技術所產生的壓應力深度、塑性變形深度較高使得所制得零件的應力腐蝕抗力、斷裂韌性、疲勞性能得以明顯改進。激光沖擊為20世紀中葉在Batell實驗室研發(fā)所得但因當時欠缺高功率、高脈沖頻率及可靠的激光裝置使得激光沖擊并未實現工程化。近幾年激光沖擊生產能力顯著提升并由激光沖擊技術經MIC公司研制后實現工程化可靠、穩(wěn)定的脈沖激光源由LINL公司提供此發(fā)展背景下脈沖重復頻率得以大幅提升處理時間顯著縮短且提升生產效率節(jié)約生產成本。如LINL-MIC沖擊系統即為一種現代激光沖擊系統此系統采用新型閃光燈泵浦激光器及新型玻璃等裝置。系統參數詳細分析如下：（1）系統參數平均功率以125W為宜脈沖寬度以10ns-100ns為宜脈沖能量為20J5Hz為適宜脈沖重復頻率為矩形激光器光點。（2）借助激光脈沖可促使激光器脈沖對工件表面造成沖擊。脈沖光子穿過夯實層后將被燒熔層吸收并生成擴大的等離子云。當等離子云被水層夯實于工件表面時經夯實的等離子云將迅速膨脹工件表面內壓力將由10ns-100ns壓力上漲至1GPa-10GPa范圍內。（3）由塑性變形表現所生成的平面激波透過工件此時材料表面將會產生塑性變形。而在激光沖擊下條件下所產生的塑性變形區(qū)同在其他技術條件下產生的塑性變形區(qū)相較而言優(yōu)勢顯著但工件冷作硬化程度卻不足1%。2.3液壓成形技術液壓成形即指將液壓囊作為彈性凸?；驈椥园寄⒂妥鳛閭鲏航橘|促使金屬板材在彈性凸?；驈椥园寄Ｉ铣尚蔚囊环N方式也可稱作液壓成形或橡皮液壓成形。上世紀50年代航空工廠便已將液壓成形工藝應用至零件加工制造中但因哉備條件有限壓力僅能達到80kg?N/cm2T50kg?N/cm2為一類低壓橡皮成形技術。因此零件成形后仍需人工展開手工校形。伴隨近幾年液壓成形技術不斷發(fā)展部分航空公司從瑞典ABB公司引入7.7萬噸液壓機此裝置具備臺面大及壓力高等特點零件成形后具備手工校形量小等優(yōu)勢為提升液壓零件成形質量打下良好基礎。液壓拉深成形即指以高壓液體介質替代剛性模具促使板材可在液體介質壓力條件下貼膜成形以此制得所需零件。液壓拉深成形同橡皮囊液壓成形相較而言以增加壓邊圈方式替代橡皮隔膜部分液壓拉深成形工藝中增加密封裝置以免產生液體泄露現象。2.4激光技術激光技術為鈑金加工領域中的一項新型技術此技術背景下激光成形技術、激光切割技術應運而生。若將激光切割技術同CAD/CAM技術結合則可實現多種復雜幾何形狀的自動化加工可同現代多品種小批量的生產需求相適應。實際應用時操作人員僅需向計算機系統中輸入產品幾何形狀隨后CAD/CAM系統將自動展開處理程序如可自動輸入幾何面積的周長及面積等信息自動完成組合排列工作將所產生數據上傳至專家數據庫形成生產過程文件并自行完成NC編程工序促使生產過程文件逐漸轉變?yōu)榧庸?、切割路線等控制信息。將激光切割技術應用至材料加工中除可對所需零件尺寸、材料厚度等需求充分滿足外還可彌補當精度要求不同時需更換模具、重新制造等缺陷。激光成形技術為一項先進的鈑金成形工藝此項技術主要為借助激光束加熱工件局部位置此后以水或氣體促使工件可短時間內迅速冷卻由此實現零件制作。由于此項技術無需借助外力、模具及機具因此可實現生產成本的大幅降低零件的生產準備周期顯著縮短。通過對激光束加熱及冷卻的嚴格管控有效控制材料變形。如利用此項技術可使板材彎曲也可制作球體形狀等。激光成形技術在傳統方法難以成形的脆性材料、硬質材料的成形中具有一定應用優(yōu)勢。激光成形技術主要可分為以下兩環(huán)節(jié)一為激光束根據材料表面移動；二為工件局部受熱位置的快速冷卻。材料經以上兩環(huán)節(jié)處理后材料將會產生立體、瞬時及局部的應力應變場促使材料成形。零件形狀如零件變形程度、材料變形方式等均可以利用計算機程序加以控制。因材料局部溫度驟變?yōu)槎虝r間內產生因此不會對工件材料性能造成較大影響不會降低材料強度。3結束語目前鈑金工藝技術已在航空制造領域中得以廣泛應用并具備降低產品生產加工成本、縮短生產周期及提升產品可靠性等優(yōu)勢此技術在航空制作領域已占據重要地位。鈑金加工工藝水平的提升將推動飛機性能的提升同時飛機結構的變化又可在一定程度上推動鈑金工藝的發(fā)展二者協同發(fā)展、相輔相成。參考文獻：涂集林王永軍魏生民.先進鈑金成形技術及裝備發(fā)展現狀[J].航空制造技術2021（16）：44-47+53.馬興海李玉梅肖廣財等.先進鈑金成形技術在航天制造領域應用分析[J].航天制造技術2021（05）：69-72.李新亞王德成劉豐等.先進成形技術與裝備發(fā)展道路芻議——先進成形技術與裝備發(fā)展現狀與趨勢[J]