先进钣金成型技术在航空制造领域的应用

◎乔宇

板金件的冲压加工是板金件成形的重要工序，它既包括下料、冲裁、弯压成形等工艺方法，也包括冷冲压模具的结构、参数、设备原理、操作方法以及新的冲压技术。简而言之，对零件的金属板的加工，就是钣金加工。飞机制造领域中，传统的板材手工制造不仅效率低，而且板材精度难以保证。近年来，随着自动化和信息化的发展，出现了一种新的板材成形工艺，具有良好的加工性能。本文就先进钣金成形技术在航空制造生产中的应用进行了初步探讨。

一、先进钣金成型技术

1.液压成型技术。

根据成型对象的不同，液压成型技术可分为三种类型，即壳体液压成型、管体液压成型、板材液压成型、橡皮囊液成型和液压拉深成型组成板材液压成型，板材液压成型采用的传力介质为液体，代替刚性凸模和刚性凹模，通过压力作用金属材料形成贴膜，应用液体可使成型更均匀，成本更低。

2.温热成型技术。

5000-6000系列铝合金从20℃升至320℃，材料伸长率从20%升至80%，采用温热成型技术的原理是，加热材料后，塑性会增加，延伸率也会增加，而屈服强度则会降低，成型温度将低于材料再结晶温度，从而降低能耗。热塑工艺的优点是可以改善材料的成形性，得到较均匀厚度的零件。但加热时，模具的温度一般不能达到均匀状态，与冷模相比温度较高，热模生产周期较长，故用于生产小批量零件。

3.超塑成型技术。

某些材料有可能发生超塑性，但需要在一定的应变速率，特定的温度，一定的组织条件下形成，延伸率超过100%，超塑成型采用的材料特性就是这种材料特性，而超塑气压成型应用于板材的成型，是在模腔内通入压缩气体，或将模腔内气体抽出来，从而形成负压，使模腔能够紧贴板料。

4.喷丸成型技术。

应用喷丸成型技术时，需要高速弹丸进行撞击金属板材表面，就会使被撞击的表面和其下层的金属变形并且延伸，板材弯曲后形成所需形状，在飞机隔板类零件中广泛应用。

5.旋压成型技术。

金属旋压工艺主要采用的是将坯料与芯模旋转，旋压工具绕坯料与芯模旋转的原理，造成坯料受压逐渐变形。通常使用加工薄壁回转体。根据形变原理，旋压可分为普通旋压和强力旋压，强力旋压可使坯料形状发生变化，也可使坯料厚度发生变化，而普通旋压只会改变坯料形状，而不会改变坯料厚度，因此在航空航天领域具有广泛的应用。

6.蠕变时效成型技术。

人工时效与成型制造相结合组成蠕变时效成型技术，铝合金材料在一定温度下受弹性应力作用会发生变形，就会形成结构件。时效成型铝合金结构件的残余应力比较低，并且具有回弹力小的特点，产品精度非常高，因此在航空领域被广泛应用。

二、先进钣金成型技术在航空制造领域的应用

1.冲液技术的应用。

冲液技术是航空制造领域中的一项重要钣金成形技术，冲液技术主要是利用流体传递材料，保证金属材料的形状符合模具要求。在金属材料中施加液态压力，使其成形成航天产品所需的形状，即脉冲液成形工艺。冲液技术有许多优点，主要体现在以下几个方面：一是冲液技术具有使用效果好的特点，金属材料在冲液压力条件下会在其表面形成残余应压状态，可使材料的整体性能大大提高；二是冲液技术具有成型质量好的特点，除此之外，冲液技术的生产周期短，因此可广泛应用于大批量生产；三是冲液技术没有较高的技术要求，只需相关人员引进简单的冲液设备，便可完全完成钣金件的成型任务。国内引进冲液技术虽然较国外引进晚，但我国正在不断进行科技创新，近年来加大对冲液技术的研究力度，将智能化、数字化技术与冲液技术紧密结合，使冲液技术更加现代化，从而使航空制造的效率和水平不断提高，我国科学技术发展速度较快，冲液技术发展前景广阔，其应用价值将越来越大。

2.超塑成型技术。

SPF/DB超塑成型技术SPF，超塑/扩散联接技术SPF/DB具有低成本、高效益，特别适用于多层中空结构加工。两者的应用，可以将多个零件连接在一起或焊接在一起，形成一个大型零件，然后再进行加热、压力处理。该工艺与传统工艺相比，一方面缩短了加工时间，降低了制造成本；另一方面有利于设计人员进行设计，使结构更加合理，减轻了结构重量；三是三个部件的整体性强，扩散连接后界面消失，提高了耐疲劳性和耐蚀性。SPF技术和SPF/DB技术是航空制造领域中应用最广、经济效益最好的两种技术。

无论是在国内外，SPF技术和SPF/DB技术都已成为飞机零部件生产中的常用技术，其应用范围不断扩大，从最初的次承力件、单承力件发展到主承力件、多承力件，其层数不断增加，构件尺寸不断增加，结构更加复杂。以美国为例，F-14机翼前部采用SPF和SPF/DB技术，可减少10%的重量，降低250元；F-22机身后部采用隔热板，可减少250元，降低30%元；ATP直升机舱门维修，可减少40%元。另外，在前部筒式结构的RB211-535E导弹发动机上也有应用。

SPF技术和SPF/DB技术在国内主要应用于飞机部件中，如机舱门用铝合金铆钉代替，可以降低重量%，降低成本53%；用主框架用铝合金铆钉代替，可以降低重量12%，降低成本30%；用发动机维护口用铆钉代替，可以降低重量20%，降低成本50%。另外，还可应用于空调舱口盖，电瓶罩，风机整流叶片。

3.喷丸成型技术。

喷丸成型技术，是利用高速运动的弹丸撞击板材表面，发生塑性变形后，材料会向受喷面延伸并弯曲变形，最终达到成型要求。本工艺的优点在于：一是设备简单，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残余压应力，提高材料的抗疲劳性能；三是对零件尺寸的适应性强，既可制成双曲面零件，又可制成双曲面零件。

喷丸成型技术在美国广泛应用于各种军机、民机、运载火箭等，主要用于制造板壁零件。近几年来，随着科技的进步，激光、超声波、预应力、数字化技术与喷丸成形技术的结合，不仅扩大了该技术的应用范围，而且提高了其加工能力。在Galaxy飞机的制造过程中，以加拿大为例，采用预应力喷丸成形技术，解决了机翼带筋壁板机械弯曲工艺对零件寿命的影响。但在法国，研究开发的超声波喷丸成型技术，就是利用超声波使弹丸产生机械振动，然后进行喷丸处理，与传统的工艺相比，该工艺不仅操作方便，无污染，而且可形成较深的残余压力应力层，适合制作厚皮的机身整体壁板。

三、结语

综合来看，目前钣金加工中常用的材料，主要有镀锌钢板，普通冷轧钢板，热浸镀锌钢板，不锈钢等。采用先进的钣金成形技术，可满足航空制造领域高精度、高品质的生产要求。本文以超塑成型、喷丸成型、时效成型、旋压成型、热蠕变成型为例，介绍了新型板材成形技术在我国航空制造业中的具体应用，以期促进我国航空制造业的健康发展。提高工艺水平能有效地改善航空制造中的飞机性能，产品结构的变化能促进钣金工艺的发展，先进的钣金工艺是加工钣金零件的先进加工方法，而先进的钣金工艺在航空制造中的大力应用能促进航空制造技术的发展。