鈑金零件成型工藝及設計分析

孫盤滔

摘 要：現(xiàn)代飛機制造過程中，金屬零件主要有鈑金零件與機加零件兩種。與機加零件相比，鈑金零件具有重量輕、強度高、結(jié)構(gòu)簡單、易加工及材料利用率高等優(yōu)點，因此鈑金零件在飛機設計及制造中應用得越來越廣泛。典型的飛機鈑金零件有蒙皮、長桁、框及連接角片等。

關鍵詞：鈑金；鈑金工藝；鈑金設計

1 前言

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。

2 鈑金零件設計要求

鈑金零件設計時，所選的材料不但要考慮其使用性能（如強度、耐疲勞、抗腐蝕等），同時必須考慮材料的可成形性、材料供應商可提供金屬材料的品種和規(guī)格以及零件制造供應商的設備加工能力；考慮材料性能、熱處理狀態(tài)及零件構(gòu)型等因素，如可能，最好將零件設計成具有多種成型方法可供選擇的零件。

2.1 設計時材料要求

設計時應先了解適用材料的性能及其設計特性。航空鈑金零件中，最常用的材料是鋁合金，其次是耐蝕鋼、低合金鋼及鈦合金。最終選擇的材料應能保證零件滿足其服役狀態(tài)要求，并能最大限度地節(jié)約成本。選材時，主要考慮以下因素。

（1）考慮材料對具體制造工藝的適用性及相關制造成本。

（2）考慮制造過程中加工硬化的速率。

（3）在滿足強度要求的基礎上考慮材料的成形特性。

（4）一般情況下，強度越高的零件越難成形。

（5）選擇適航部門批準的材料。

（6）由于硬質(zhì)合金（如鎳、鐵及鈦合金）成型能力限制，應避免該類材料設計成小公差零件。

（7）沉淀硬化鋼應在軟狀態(tài)成形，然后熱處理至使用狀態(tài)。

（8）如果可能，保證彎曲半徑盡可能大，通常情況下，硬質(zhì)合金應選擇高溫熱成形以防止零件產(chǎn)生破裂。

（9）必要時可限制變形量。

2.2 零件尺寸及外形要求

設計時，應保證零件尺寸及外形與最優(yōu)工藝兼容。

2.2.1 零件尺寸

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

2.2.2 零件外形

零件設計時應盡量滿足以下要求，以達到節(jié)約成本和加速生產(chǎn)的目的。①零件設計時應盡可能選擇常用參數(shù)，如彎曲半徑、彎曲角、下陷等；②使用大的彎曲半徑、更長的彎邊長度及更淺的凹槽以降低成形難度；③在滿足設計要求情況下盡量選用大的公差；④設計時，確保彎邊、減輕孔、加強槽在同一方向成形。

（1）較小彎曲半徑成形。對于2024或7075鋁合金，設計時如需要使用較小的彎曲半徑，應使薄板在軟狀態(tài)下（退火、-O或-W）成形，然后在特定條件下將零件進行熱處理至最終狀態(tài)（2024-T42，7075-T62/T76）。

（2）彎邊。彎邊設計時，應從以下方面考慮，以節(jié)約零件制造成本：所有彎邊方向應一致；避免U形彎邊設計，如果必須使用，應盡量選擇大的公差；避免閉合式彎邊設計。

（3）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，設計時要求如下：盡可能將下陷設計為采用標準工裝制造；當下陷覆蓋多個零件時，應采用多級下陷的結(jié)構(gòu)設計；相鄰兩個下陷之間的距離不應小于一定數(shù)值；下陷過渡區(qū)長度與下陷深度的比值，應保持合理的數(shù)值；零件在拉伸狀態(tài)下，不允許使用小比值的下陷設計。

2.3 成形方法選擇

根據(jù)零件類型，制造時可選擇不同的成形方法。如表1所示為不同類型零件可采用的成形方法。

3 結(jié)束語

與普通機加零件相比，鈑金零件具有剛度小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、易加工及材料利用率高等優(yōu)點，因此，在現(xiàn)代飛機設計和制造過程中，大量地使用鈑金零件。據(jù)統(tǒng)計，鈑金零件約占飛機零件總數(shù)的75%。由于飛機鈑金零件剛度較差，成形過程變形大，因此，在設計時，在滿足強度要求的前提下，合理增加零件剛度，適當減小成形難度，降低材料和制造成本，成為航空鈑金零件設計過程中的一個重要考慮因素。

參考文獻

[1]辛曉葉，羅春紅，王浩宇，等.萬能鈑金冷成型機成型工藝分析[J].新技術新工藝，2015，（10）：14-17.

[2]金寶晨，裴華林.超薄鋁合金鈑金零件成形技術探討[J].航空制造技術，2014，（20）：91-93.

（作者單位：中航沈飛民用飛機有限責任公司 工程研發(fā)中心）