先進鈑金成型技術在航空制造領域的應用

◎喬宇

板金件的沖壓加工是板金件成形的重要工序，它既包括下料、沖裁、彎壓成形等工藝方法，也包括冷沖壓模具的結構、參數、設備原理、操作方法以及新的沖壓技術。簡而言之，對零件的金屬板的加工，就是鈑金加工。飛機制造領域中，傳統的板材手工制造不僅效率低，而且板材精度難以保證。近年來，隨著自動化和信息化的發展，出現了一種新的板材成形工藝，具有良好的加工性能。本文就先進鈑金成形技術在航空制造生產中的應用進行了初步探討。

一、先進鈑金成型技術

1.液壓成型技術。

根據成型對象的不同，液壓成型技術可分為三種類型，即殼體液壓成型、管體液壓成型、板材液壓成型、橡皮囊液成型和液壓拉深成型組成板材液壓成型，板材液壓成型采用的傳力介質為液體，代替剛性凸模和剛性凹模，通過壓力作用金屬材料形成貼膜，應用液體可使成型更均勻，成本更低。

2.溫熱成型技術。

5000-6000系列鋁合金從20℃升至320℃，材料伸長率從20%升至80%，采用溫熱成型技術的原理是，加熱材料后，塑性會增加，延伸率也會增加，而屈服強度則會降低，成型溫度將低于材料再結晶溫度，從而降低能耗。熱塑工藝的優點是可以改善材料的成形性，得到較均勻厚度的零件。但加熱時，模具的溫度一般不能達到均勻狀態，與冷模相比溫度較高，熱模生產周期較長，故用于生產小批量零件。

3.超塑成型技術。

某些材料有可能發生超塑性，但需要在一定的應變速率，特定的溫度，一定的組織條件下形成，延伸率超過100%，超塑成型采用的材料特性就是這種材料特性，而超塑氣壓成型應用于板材的成型，是在模腔內通入壓縮氣體，或將模腔內氣體抽出來，從而形成負壓，使模腔能夠緊貼板料。

4.噴丸成型技術。

應用噴丸成型技術時，需要高速彈丸進行撞擊金屬板材表面，就會使被撞擊的表面和其下層的金屬變形并且延伸，板材彎曲后形成所需形狀，在飛機隔板類零件中廣泛應用。

5.旋壓成型技術。

金屬旋壓工藝主要采用的是將坯料與芯模旋轉，旋壓工具繞坯料與芯模旋轉的原理，造成坯料受壓逐漸變形。通常使用加工薄壁回轉體。根據形變原理，旋壓可分為普通旋壓和強力旋壓，強力旋壓可使坯料形狀發生變化，也可使坯料厚度發生變化，而普通旋壓只會改變坯料形狀，而不會改變坯料厚度，因此在航空航天領域具有廣泛的應用。

6.蠕變時效成型技術。

人工時效與成型制造相結合組成蠕變時效成型技術，鋁合金材料在一定溫度下受彈性應力作用會發生變形，就會形成結構件。時效成型鋁合金結構件的殘余應力比較低，并且具有回彈力小的特點，產品精度非常高，因此在航空領域被廣泛應用。

二、先進鈑金成型技術在航空制造領域的應用

1.沖液技術的應用。

沖液技術是航空制造領域中的一項重要鈑金成形技術，沖液技術主要是利用流體傳遞材料，保證金屬材料的形狀符合模具要求。在金屬材料中施加液態壓力，使其成形成航天產品所需的形狀，即脈沖液成形工藝。沖液技術有許多優點，主要體現在以下幾個方面：一是沖液技術具有使用效果好的特點，金屬材料在沖液壓力條件下會在其表面形成殘余應壓狀態，可使材料的整體性能大大提高；二是沖液技術具有成型質量好的特點，除此之外，沖液技術的生產周期短，因此可廣泛應用于大批量生產；三是沖液技術沒有較高的技術要求，只需相關人員引進簡單的沖液設備，便可完全完成鈑金件的成型任務。國內引進沖液技術雖然較國外引進晚，但我國正在不斷進行科技創新，近年來加大對沖液技術的研究力度，將智能化、數字化技術與沖液技術緊密結合，使沖液技術更加現代化，從而使航空制造的效率和水平不斷提高，我國科學技術發展速度較快，沖液技術發展前景廣闊，其應用價值將越來越大。

2.超塑成型技術。

SPF/DB超塑成型技術SPF，超塑/擴散聯接技術SPF/DB具有低成本、高效益，特別適用于多層中空結構加工。兩者的應用，可以將多個零件連接在一起或焊接在一起，形成一個大型零件，然后再進行加熱、壓力處理。該工藝與傳統工藝相比，一方面縮短了加工時間，降低了制造成本；另一方面有利于設計人員進行設計，使結構更加合理，減輕了結構重量；三是三個部件的整體性強，擴散連接后界面消失，提高了耐疲勞性和耐蝕性。SPF技術和SPF/DB技術是航空制造領域中應用最廣、經濟效益最好的兩種技術。

無論是在國內外，SPF技術和SPF/DB技術都已成為飛機零部件生產中的常用技術，其應用范圍不斷擴大，從最初的次承力件、單承力件發展到主承力件、多承力件，其層數不斷增加，構件尺寸不斷增加，結構更加復雜。以美國為例，F-14機翼前部采用SPF和SPF/DB技術，可減少10%的重量，降低250元；F-22機身后部采用隔熱板，可減少250元，降低30%元；ATP直升機艙門維修，可減少40%元。另外，在前部筒式結構的RB211-535E導彈發動機上也有應用。

SPF技術和SPF/DB技術在國內主要應用于飛機部件中，如機艙門用鋁合金鉚釘代替，可以降低重量%，降低成本53%；用主框架用鋁合金鉚釘代替，可以降低重量12%，降低成本30%；用發動機維護口用鉚釘代替，可以降低重量20%，降低成本50%。另外，還可應用于空調艙口蓋，電瓶罩，風機整流葉片。

3.噴丸成型技術。

噴丸成型技術，是利用高速運動的彈丸撞擊板材表面，發生塑性變形后，材料會向受噴面延伸并彎曲變形，最終達到成型要求。本工藝的優點在于：一是設備簡單，不需成型模具，可降低制造成本；二是成型后在零件厚度方向上形成殘余壓應力，提高材料的抗疲勞性能；三是對零件尺寸的適應性強，既可制成雙曲面零件，又可制成雙曲面零件。

噴丸成型技術在美國廣泛應用于各種軍機、民機、運載火箭等，主要用于制造板壁零件。近幾年來，隨著科技的進步，激光、超聲波、預應力、數字化技術與噴丸成形技術的結合，不僅擴大了該技術的應用范圍，而且提高了其加工能力。在Galaxy飛機的制造過程中，以加拿大為例，采用預應力噴丸成形技術，解決了機翼帶筋壁板機械彎曲工藝對零件壽命的影響。但在法國，研究開發的超聲波噴丸成型技術，就是利用超聲波使彈丸產生機械振動，然后進行噴丸處理，與傳統的工藝相比，該工藝不僅操作方便，無污染，而且可形成較深的殘余壓力應力層，適合制作厚皮的機身整體壁板。

三、結語

綜合來看，目前鈑金加工中常用的材料，主要有鍍鋅鋼板，普通冷軋鋼板，熱浸鍍鋅鋼板，不銹鋼等。采用先進的鈑金成形技術，可滿足航空制造領域高精度、高品質的生產要求。本文以超塑成型、噴丸成型、時效成型、旋壓成型、熱蠕變成型為例，介紹了新型板材成形技術在我國航空制造業中的具體應用，以期促進我國航空制造業的健康發展。提高工藝水平能有效地改善航空制造中的飛機性能，產品結構的變化能促進鈑金工藝的發展，先進的鈑金工藝是加工鈑金零件的先進加工方法，而先進的鈑金工藝在航空制造中的大力應用能促進航空制造技術的發展。