第九章 整体壁板制造

1、一、概述一、概述 二、整体壁板的毛坯二、整体壁板的毛坯三、整体壁板的加工三、整体壁板的加工四、整体壁板的成形四、整体壁板的成形一、概述一、概述 何为何为整体壁板整体壁板? 是由整块板坯制成的飞机整体结是由整块板坯制成的飞机整体结构承力件，整体壁板的结构要素（如构承力件，整体壁板的结构要素（如长桁、蒙皮加强垫板等）之间无任何长桁、蒙皮加强垫板等）之间无任何连接，一般构成飞机的气动外形。连接，一般构成飞机的气动外形。 无加强筋的整体壁板又称整体厚无加强筋的整体壁板又称整体厚蒙皮。蒙皮。优点优点1. 设计方面设计方面 等强度设计，强度等强度设计，强度/重量比高，刚性好重量比高，刚性好 疲劳寿命长疲劳

2、寿命长 外形准确，表面光滑外形准确，表面光滑 简化油箱的密封，空间利用率高简化油箱的密封，空间利用率高 2. 工艺方面工艺方面 简化了互换性简化了互换性 减轻了装配劳动量减轻了装配劳动量 提高了装配精度提高了装配精度 缩短生产准备周期缩短生产准备周期 提高劳动生产率提高劳动生产率问题问题 加工设备增加加工设备增加 毛坯的制造周期长，费用高毛坯的制造周期长，费用高 成本增加成本增加 产生裂纹后扩展较快产生裂纹后扩展较快 “破损安全性破损安全性”差差 整体壁板的毛坯制造整体壁板的毛坯制造 目前应用的整体壁板主要为铝合金目前应用的整体壁板主要为铝合金制成。制造整体壁板毛坯的方案很多，制成。制造整体壁

3、板毛坯的方案很多，其中主要有：其中主要有： 1.1.热模锻制造毛坯热模锻制造毛坯 2.2.挤压毛坯挤压毛坯 3.3.自由锻板坯或用热轧平板做毛坯自由锻板坯或用热轧平板做毛坯 4.4.特种铸造特种铸造* 各种整体壁板毛坯的比较各种整体壁板毛坯的比较1. 1. 热模锻毛坯热模锻毛坯 热模锻毛坯热模锻毛坯 它的优点是生产率高，锻件有连续它的优点是生产率高，锻件有连续的纤维组织，晶粒致密，强度高。的纤维组织，晶粒致密，强度高。 它可以制造复杂的纵横或扇形分布它可以制造复杂的纵横或扇形分布的筋和肋条，可以同时制造出对接接头。的筋和肋条，可以同时制造出对接接头。 但模锻需要吨位极大的机床，锻模但模锻需要吨

4、位极大的机床，锻模制造也很困难，周期长劳动量大。制造也很困难，周期长劳动量大。 2. 2. 挤压毛坯挤压毛坯 挤压毛坯挤压毛坯 它的优点是能得到比模锻更大的壁它的优点是能得到比模锻更大的壁板，与模锻相比较，这种方法所需的设板，与模锻相比较，这种方法所需的设备功率较小，模具制造费用较低，生产备功率较小，模具制造费用较低，生产效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位，效率高，挤压毛坯中除形状复杂部位，需表面修整外，不需进一步加工。需表面修整外，不需进一步加工。 毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平毛坯供应仍受挤压设备吨位及校平设备限制，模具寿命低。设备限制，模具寿命低。 3. 3. 自由锻毛坯和热轧平板自由锻毛

5、坯和热轧平板 自由锻毛坯和热轧平板自由锻毛坯和热轧平板 它的优点是厚板供应来源广，而且它的优点是厚板供应来源广，而且允许设计者较自由地布置筋条和凸台，允许设计者较自由地布置筋条和凸台，生产准备周期短，能适应机种迅速改变，生产准备周期短，能适应机种迅速改变，制造精度及光洁度较高。制造精度及光洁度较高。 其缺点也是非常明显的，即加工量其缺点也是非常明显的，即加工量大，材料利用率很低（一般仅为大，材料利用率很低（一般仅为10%10%左左右），需配备大型高效率切削机床。右），需配备大型高效率切削机床。 4. 4. 特种铸造特种铸造 特种铸造特种铸造 对尺寸不大，有敝开斜角内肋，对尺寸不大，有敝开斜角内

6、肋，而当壁板厚度大于而当壁板厚度大于2 24 mm4 mm时，可以采时，可以采用挤铸和低压铸造法制造整体壁板毛用挤铸和低压铸造法制造整体壁板毛坯。坯。 由于铸造金属机械性能较差，使由于铸造金属机械性能较差，使铸造整体壁板的应用受到限制。铸造整体壁板的应用受到限制。* 毛坯的校平与消除残余内应力毛坯的校平与消除残余内应力 供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原供应给飞机制造厂的整体壁板毛坯在原材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消材料工厂需要进行热处理、时效、校平、消除残余应力及探伤检验等等工序。除残余应力及探伤检验等等工序。 其中校平与消除残余应力是影响整体壁其中校平与消除残余应力是影响整体壁板加

7、工效率和质量的重要环节。板加工效率和质量的重要环节。 消除残余内应力最有效的办法是在厚板消除残余内应力最有效的办法是在厚板淬火后经过淬火后经过1.52.5%变形程度的拉伸校正，变形程度的拉伸校正，然后经过自然或人工时效处理再送去加工。然后经过自然或人工时效处理再送去加工。 整体壁板的加工整体壁板的加工常见的加工方法有两种：常见的加工方法有两种： 机械加工机械加工（NC加工）加工） 机械加工方法通常是先加工而后成形。机械加工方法通常是先加工而后成形。 （由于先成形后加工较困难）。（由于先成形后加工较困难）。 化学铣切化学铣切 利用化学铣切无切削力的特点，整体利用化学铣切无切削力的特点，整体壁板蒙

8、皮可先成形后进行化学铣切。壁板蒙皮可先成形后进行化学铣切。 1整体壁板的机械加工整体壁板的机械加工 加工整体壁板的金属切削机床在加工整体壁板的金属切削机床在早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床早期大多用大型龙门铣床、龙门刨床以及摇臂铣床等改装而成，它们一般以及摇臂铣床等改装而成，它们一般均采用真空夹具，它的特点是施压均均采用真空夹具，它的特点是施压均匀，装夹方便，没有夹紧伤痕。匀，装夹方便，没有夹紧伤痕。 目前随着数控技术日益广泛的应目前随着数控技术日益广泛的应用，整体壁板加工中大多采用数控机用，整体壁板加工中大多采用数控机床来加工。床来加工。 2整体壁板的化学铣切整体壁板的化学铣切（1）化铣原理

9、）化铣原理 利用金属能在某些酸或碱溶液中溶利用金属能在某些酸或碱溶液中溶解的特性，解的特性，“铣切铣切”（蚀除）去需加工（蚀除）去需加工的表面，对于不需加工的表面则用保护的表面，对于不需加工的表面则用保护层加以保护。层加以保护。 利用酸或碱蚀除金属的原理，不仅利用酸或碱蚀除金属的原理，不仅可加工铝合金而且能加工某些合金钢或可加工铝合金而且能加工某些合金钢或钛合金。钛合金。2Al +2NaOH +2H2O = 2NaAlO2 + 3H2（2）化铣整体蒙皮的工艺余量）化铣整体蒙皮的工艺余量 化铣蒙皮的成形可在化铣工序之化铣蒙皮的成形可在化铣工序之前成形，成形后再化铣，这给加工工前成形，成形后再化铣

10、，这给加工工艺带来了很大的方便，成形方法仍然艺带来了很大的方便，成形方法仍然可采用常规方法进行，如可采用常规方法进行，如拉弯拉弯、滚弯滚弯、闸压闸压和和拉形拉形以及其他方法等。以及其他方法等。 化铣板件应留有足够的工艺余量。化铣板件应留有足够的工艺余量。具体内容是按如下要求确定：具体内容是按如下要求确定： 工艺余量确定的具体内容工艺余量确定的具体内容 毛料周边工艺余量毛料周边工艺余量 n ： 对厚件、深对厚件、深腐蚀腐蚀 n = 5080 mm 对薄件、浅对薄件、浅腐蚀腐蚀 n = 2040 mm 筋条的工艺余量：筋条的工艺余量： 在化铣中，腐蚀不仅在无保护层部位在化铣中，腐蚀不仅在无保护层部

11、位进行，而且会逐步深入到保护层下面。筋进行，而且会逐步深入到保护层下面。筋条宽度为条宽度为b，则留的保护层宽度应是则留的保护层宽度应是b+2a，a的尺寸由化铣深度的尺寸由化铣深度h来确定。来确定。 四、整体壁板的成形四、整体壁板的成形 整体壁板由于尺寸大，材料厚，带整体壁板由于尺寸大，材料厚，带有各种加强筋和凸台，外形准确度要求有各种加强筋和凸台，外形准确度要求高，在成形问题上存在很多困难。高，在成形问题上存在很多困难。 由于壁板的规格、品种很多、尺寸由于壁板的规格、品种很多、尺寸大小不一，外形曲度有很大变化，所以大小不一，外形曲度有很大变化，所以需要针对具体零件的特点，工厂的生产需要针对具体

12、零件的特点，工厂的生产条件，工人的技术水平，试制周期，生条件，工人的技术水平，试制周期，生产批量等进行具体分析，订出切实可行产批量等进行具体分析，订出切实可行的工艺方案。的工艺方案。 1常规成形方案常规成形方案 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形 整体壁板的拉形整体壁板的拉形 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形 整体壁板的闸压成形整体壁板的闸压成形 单曲度整体壁板可用闸压成形。单曲度整体壁板可用闸压成形。 在筋条之间垫以硬塑料板，在凹模上垫以在筋条之间垫以硬塑料板，在凹模上垫以弹簧钢板托住工件，这两点都是为着使成形弹簧钢板托住工件，这两点都是为着使成形

13、工件表面光滑，减少棱边现象。工件表面光滑，减少棱边现象。 闸压成形时当壁板长度超过模具时，可以闸压成形时当壁板长度超过模具时，可以沿长度方向移动壁板位置，以成形大长度整沿长度方向移动壁板位置，以成形大长度整体壁板。体壁板。 压弯成形时也可将工件加热（约压弯成形时也可将工件加热（约200C）以暂时降低材料屈服应力从而减少残余应力。以暂时降低材料屈服应力从而减少残余应力。 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形 整体壁板的滚弯成形整体壁板的滚弯成形 单曲度整体壁板不仅可用闸压成形单曲度整体壁板不仅可用闸压成形也可用滚弯成形。成形时在内表面垫也可用滚弯成形。成形时在内表面垫以硬塑料板，此塑料板预先加工

14、出窝以硬塑料板，此塑料板预先加工出窝存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚存筋条的凹糟，塑料板与工件一起滚弯，避免由于筋条而阻碍滚弯。弯，避免由于筋条而阻碍滚弯。 整体壁板的拉形整体壁板的拉形 沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用沿用成形飞机蒙皮的拉形方法，用普通机床亦可拉形简单型式的整体壁普通机床亦可拉形简单型式的整体壁板，但通常需要专用的复杂工夹具。板，但通常需要专用的复杂工夹具。 复杂整体壁板由于有筋条部位和无复杂整体壁板由于有筋条部位和无筋条部位之间刚度差异很大，通常在筋条部位之间刚度差异很大，通常在拉形后表面出现严重凸凹不平，因此拉形后表面出现严重凸凹不平，因此一般需采用专用拉形机拉形。一般需采

15、用专用拉形机拉形。 2整体壁板的喷丸成形整体壁板的喷丸成形 喷丸技术早期主要用于强化工件喷丸技术早期主要用于强化工件表面层，使表面产生压缩应力，达到表面层，使表面产生压缩应力，达到提高疲劳强度和抗腐蚀能力的目的。提高疲劳强度和抗腐蚀能力的目的。后来随着整体壁板的出现，喷丸技术后来随着整体壁板的出现，喷丸技术又为成形整体蒙皮的工艺方法之一。又为成形整体蒙皮的工艺方法之一。 （1）喷丸成形原理）喷丸成形原理 弹丸由压缩空气吸入喷嘴，又由喷嘴弹丸由压缩空气吸入喷嘴，又由喷嘴向工件表面喷射。向工件表面喷射。 所谓喷丸成形即所谓喷丸成形即喷射弹丸的喷嘴对准喷射弹丸的喷嘴对准工件要求部位喷射弹丸，打击工件

16、表面层，工件要求部位喷射弹丸，打击工件表面层，使之产生塑性变形达到成形目的使之产生塑性变形达到成形目的。 弹丸打击到工件表面，表面层会出现弹丸打击到工件表面，表面层会出现许许多多凹坑，凹坑周围金属向径向排挤。许许多多凹坑，凹坑周围金属向径向排挤。其结果是上表面的面积增加，其自然趋势其结果是上表面的面积增加，其自然趋势是拱起。是拱起。 喷嘴结构整体壁板工件曲率的控制整体壁板工件曲率的控制 工件被喷击后产生的曲率大小与两工件被喷击后产生的曲率大小与两组因数有关，其一是组因数有关，其一是喷击强度喷击强度，这里包，这里包括弹丸的大小、重量、硬度、弹丸喷击括弹丸的大小、重量、硬度、弹丸喷击的速度以及喷击

17、的角度；其二是的速度以及喷击的角度；其二是覆盖率覆盖率，即凹坑的总面积与被喷面积之比。改变即凹坑的总面积与被喷面积之比。改变这两组因素，就可以控制工件的曲率。这两组因素，就可以控制工件的曲率。在生产中，主要控制喷击过程的空气压在生产中，主要控制喷击过程的空气压力和工件送进速度。力和工件送进速度。 喷丸成形的工艺参数喷丸成形的工艺参数 喷击强度喷击强度-是计量弹丸流撞击能量的尺度是计量弹丸流撞击能量的尺度 覆盖率覆盖率-是表达被撞表面弹坑覆盖的程度是表达被撞表面弹坑覆盖的程度 弹流速度弹流速度-反映弹丸具有的动能反映弹丸具有的动能 弹丸弹丸-是喷丸成形动能的载体是喷丸成形动能的载体 喷射角喷射角

18、-表明弹丸对零件撞击的方向表明弹丸对零件撞击的方向 弹流量弹流量-单位时间内通过的弹丸数量单位时间内通过的弹丸数量 喷射时间喷射时间-是覆盖率的决定因素是覆盖率的决定因素 喷射距喷射距-喷嘴到被加工表面的距离喷嘴到被加工表面的距离（2）喷丸设备）喷丸设备目前采用的喷丸设备有两种：目前采用的喷丸设备有两种：叶轮式喷丸机叶轮式喷丸机弹丸是依靠叶轮弹丸是依靠叶轮的离心力甩出来。的离心力甩出来。壁板的成形曲率取壁板的成形曲率取决于叶轮的速度，决于叶轮的速度，弹丸的重量和大小以及工件喷击的覆弹丸的重量和大小以及工件喷击的覆盖率。盖率。 压缩空气式喷丸机压缩空气式喷丸机弹丸是由压弹丸是由压缩空气吸入喷缩空

19、气吸入喷嘴，然后又由嘴，然后又由喷嘴喷射到工喷嘴喷射到工件表面。件表面。 喷丸设备所使用的弹丸喷丸设备所使用的弹丸弹丸材料有两种：弹丸材料有两种： 一种是一种是钢丸钢丸，直径有，直径有0.10.3mm；0.50.6mm以及以及0.60.9mm几种。几种。 另一种是另一种是玻璃丸玻璃丸，直径是，直径是0.51mm。 钢丸质量大，不易破裂，但因铁质钢丸质量大，不易破裂，但因铁质对工件有污染影响，成形后工件表面对工件有污染影响，成形后工件表面要清洗。玻璃丸没有这个缺点，但玻要清洗。玻璃丸没有这个缺点，但玻璃丸质量小易破裂。璃丸质量小易破裂。3单曲度壁板的喷丸成形单曲度壁板的喷丸成形 单曲度壁板的喷丸成形单曲度壁板的喷丸成形 机翼整体蒙皮大都是单曲度的，机翼整体蒙皮大都是单曲度的，即在弦向有曲度，沿翼展方向为直母即在弦向有曲度，沿翼展方向为直母线。在结构上，一般情况下沿弦向无线。在结构上，一般情况下沿弦向无筋条，沿翼展方向有筋条。因此弦线筋条，沿翼展方向有筋条。因此弦线方向刚度小