飛機鈑金零件成型工藝及設(shè)計分析

◎呂知先

在飛機機體制造當中，鈑金零件的應(yīng)用率較高，是所應(yīng)用零件總量的七成左右。在具體應(yīng)用過程中，所應(yīng)用到的鈑金零件種類繁多，且每種只需要應(yīng)用極少的數(shù)量，同時鈑金零件尺寸較大，剛性相對較小，易出現(xiàn)變形問題。如該零件的質(zhì)量不合格，不僅會對整個飛機的質(zhì)量產(chǎn)生影響，也會使飛機制造工作延后，因此，必須合理進行鈑金零件的設(shè)計，嚴格控制其加工工藝，以提高該零件的加工質(zhì)量。

一、飛機鈑金零件類別分析

鈑金零件是指通過鈑金加工，即金屬毛料通過手工或模具施加壓力而產(chǎn)生塑性變形，達到所希望形狀和尺寸而形成的零件。按照原材料供應(yīng)狀態(tài)的不同，飛機鈑金零件可分為擠壓型材零件、板材零件及管材零件，分別由型材、薄板及管材通過相關(guān)成型工藝制作而成。

擠壓型材零件主要適用于長桁、緣條、梁、支柱、連接角片類型材零件，按照型材原材料及零件特征，制造時可按照自身工藝能力選擇閘壓、滾彎、繞彎及拉彎工藝中的一種或幾種進行。板材零件主要適用于平板、蒙皮、框肋、口蓋及整體壁板等類型零件，其主要成型工藝有閘壓、液壓、滾壓、拉形及型輥成型。

管材零件主要適用于液壓系統(tǒng)、氧氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)中使用的各種導管以及部分管材結(jié)構(gòu)零件。鈑金零件主要成型及制造方法包括沖切、剪切、銑切、閘壓、液壓、滾壓、繞彎、拉彎、拉形及型輥成型。

二、鈑金零件的設(shè)計要求分析

在設(shè)計飛機鈑金零件時，要重點對該零件的使用性能進行分析，了解使用時所需的強度值，對抗疲勞以及抗腐蝕方面的特性需求加以分析，進而根據(jù)這些需求而進行制備材料的選擇，同時還要對所選材料是否較易成型納入考量，此外，要對供應(yīng)商的材料供應(yīng)種類、材料規(guī)格以及其自身的設(shè)備加工能力進行詳細分析，考慮到材料自身的性能特點以及應(yīng)用中的熱處理狀態(tài)，還要合理進行零件構(gòu)型的分析，進而綜合這些因素而進行鈑金零件的設(shè)計，盡量將之設(shè)計成可用多種成型方式進而制備的零件。

1.設(shè)計過程中的材料要求。

在設(shè)計之前，要對應(yīng)用材料的性能加以分析，并對其設(shè)計特性進行合理考量。在飛機鈑金零件制造中，鋁合金材料的應(yīng)用最為廣泛，耐蝕鋼的應(yīng)用居于第二，有時也會應(yīng)用低合金鋼，此外，鈦合金鋼的應(yīng)用率較高。在材料選擇時，要確保所選材料制成的鈑金零件可以滿足飛機的使用需求，還要對其制備成本進行有效控制。具體應(yīng)依據(jù)如下因素進行材料選擇：

（1）根據(jù)制造工藝及制造費用而進行材料選擇。

（2）根據(jù)加工硬化速度選擇適合的材料。

（3）選擇符合鈑金零件使用強度需求的材料進行制備，并確保其具有良好的可成型特性。

（4）強度值越高的材料其成型難度也越高，應(yīng)合理進行二者的協(xié)調(diào)與選擇。

（5）確保所選材料符合航空部門的標準。

（6）在公差較小的鈑金零件設(shè)計時，盡量不選用成型能力較差的硬質(zhì)合金材料。

（7）沉淀硬化鋼時要先對其進行軟化，經(jīng)過熱處理后再進行使用。

（8）盡量提高硬質(zhì)合金的變曲半徑，在高溫熱成型后再進行使用以免其發(fā)生破裂。

（9）合理進行變形量的控制。

2.零件尺寸與外形要求分析。

零件設(shè)計時應(yīng)盡可能選擇常用參數(shù)；使用大的彎曲半徑、更長的彎邊長度及更淺的凹槽；盡量選用大的公差；確保彎邊、減輕孔、加強槽在同一方向成形。

（1）尺寸的要求。

對于大尺寸的零件，在設(shè)計時應(yīng)在平板區(qū)域設(shè)計加強槽以增加零件剛度。對于加強槽，可采用落壓成型。落壓成型后，應(yīng)采用拉伸以及熱工藝消除加強槽處的扭曲變形。

（2）外形的要求。

第一，較小彎曲半徑成型。對于2024或7075 鋁合金，設(shè)計時如需要使用較小的彎曲半徑，應(yīng)使薄板在軟狀態(tài)下成型，然后在特定條件下將零件進行熱處理至最終狀態(tài)。

第二，彎邊。彎邊設(shè)計時，應(yīng)從以下方面考慮，以節(jié)約零件制造成本：所有彎邊方向應(yīng)一致；避免U 形彎邊設(shè)計，如果必須使用，應(yīng)盡量選擇大的公差；避免閉合式彎邊設(shè)計。

第三，下陷。下陷是指采用壓彎工藝，在零件的彎邊或腹板上制成臺階，使得零件與相連接的一個零件或多個零件的貼合厚度保持一致，設(shè)計時要求如下：盡可能將下陷設(shè)計為采用標準工裝制造；當下陷覆蓋多個零件時，應(yīng)采用多級下陷的結(jié)構(gòu)設(shè)計；相鄰兩個下陷之間的距離不應(yīng)小于一定數(shù)值；下陷過渡區(qū)長度與下陷深度的比值，應(yīng)保持合理的數(shù)值；零件在拉伸狀態(tài)下，不允許使用小比值的下陷設(shè)計。

三、飛機鈑金零件成型方法選擇分析

在制備飛機鈑金零件時，應(yīng)根據(jù)鈑金零件類型的不同而選擇適合的成型方式。鈑金零件的成型工藝較多，有滾壓法、拉形法、閘壓法、型輥法、拉彎或繞彎法、液壓法或落壓法等多種制備方法。在單曲或雙曲蒙皮鈑金零件制造時應(yīng)用的都是薄板材料，然而二者所選用的成型方式并不一致，單曲蒙皮材料制備時應(yīng)選擇滾壓成型法，而進行雙曲蒙皮零件制備時則應(yīng)使用拉形成型法。在進行等厚度板材件零件制備時，既可以使用閘壓法也可以選用型輥成型法。而在制備直彎邊零件、曲線彎邊零件以及下陷零件時通常都會使用液壓成型法，而帶加強槽的平板件制備時，可選用液壓成型或是落壓成型方法。此外，在進行等截面零件加工過程中，通常會使用滾壓成型法進行制備，此外，也可采用拉彎或繞彎的成型工藝。綜上所述，在鈑金材料制備時，要充分考慮零件的類型，并結(jié)合其所使用的制備材料而進行成型工藝的合理選擇。

結(jié)語：由于鈑金零件比普通機加零件的優(yōu)勢更多，因此在飛機設(shè)計與制造當中鈑金零件的使用量較高。然而在對鈑金零件時，面對其剛度較小且易發(fā)生變形這一問題，應(yīng)對鈑金零件進行合理的設(shè)計以降低其成型難度，同時還要選擇適合的制備材料，選擇與之相匹配的成型工藝，合理進行制備成本的有效控制，提高鈑金零件的質(zhì)量，進而有效提升其在飛機制造中的使用性能。