先进钣金成形技术在航空制造领域应用分析

先进钣金成形技术在航空制造领域应用分析摘要：伴随航空技术的高速发展航空制造领域对钣金零件也提出更高要求因此探索先进钣金成形技术在航空制造领域应用具有重要意义。文章首先针对钣金成形工艺予以概述其次针对先进钣金成形技术及应用展开分析望借此为实现先进钣金成形技术在航空制造领域中的科学应用提供相应参考。关键词：钣金成形技术;航空制造领域;超塑成形技术中图分类号：V261文献标志码：A文章编号：2095-2945（2021）34-0110-02Abstract：Withtherapiddevelopmentofaviationtechnologythereisahigherdemandforsheetmetalpartsinthefieldofaviationmanufacturingsoitisofgreatsignificancetoexploretheapplicationofadvancedsheetmetalformingtechnologyinthefieldofaviationmanufacturing.Firstlythispapersummarizesthesheetmetalformingprocessandthenanalyzestheadvancedsheetmetalformingtechnologyanditsapplicationsoastoprovidethecorrespondingreferenceforrealizingthescientificapplicationofadvancedsheetmetalformingtechnologyinthefieldofaeronauticalmanufacturing.Keywords：sheetmetalformingtechnology；aeronauticalmanufacturingfield；superplasticformingtechnology钣金成形工艺在航空制造领域发挥着重要作用伴随航空制造行业不断发展产品需求也随之不断产生变化对新一代钣金零件也提出更高要求如性能高、强度高及质量轻等。因此要求相关人员须不断探索、研发新装备、新工艺、新材料并将产品生产周期缩至较短以此实现钣金零件的柔性、快速、精确、高效成形。1钣金成形工艺概述钣金零件在航空制造领域为一项重要零件在飞机机体构成中占据重要比重约为70%飞机整体制作劳动量中零件制作约占15%且具备零件种类多、刚性小及结构复杂等特点对飞机生产周期、飞机整体质量可产生直接影响。钣金零件主要分为直线型弯曲件及复杂型面零件两种类型其中直线型弯曲件在制作过程中多借助多处理机数控系统压弯机可不间断且自动的对滑块位置、后挡架等位置予以测量并同所给出予以比对便于自动校正。预选油缸油压时可利用数控系统进行预选同时也可实现对后挡架运行速度的调节完成自动编程工作。此外复杂型面零件的成形工艺复杂性较高蒙皮拉形机及喷丸成形机等为主要设备。蒙皮拉形机使用关键点在于需保障预拉力适中预拉力值须处于材料极限强度、屈服强度间反之将会过早产生金属疲劳现象。其中喷丸成形技术即指借助高速弹丸向金属板材表面撞击使金属板材表面及下层金属在高速弹丸撞击下产生塑性变形进而延伸促使板材弯曲成形制作所需外形的一类成形方式此成形方式多应用至飞机壁板类零件成形中。喷丸成形技术目前已在空客公司、波音公司发展为一类较为成熟的飞机壁板成形手段。德国KSA公司便利用喷丸成形技术所制造的Ariane5动力模块框架的锥形板为空客A380型飞机提供机身壁板。2先进钣金成形技术分析及应用2.1超塑成形技术/扩散连接技术根据实现超塑性成形条件如应力状态、温度状态、组织状态等差异超塑性成形主要可分为相变超塑性成形、细晶超塑性成形、其它超塑性成形三种类型。其中细晶超塑性成形在实际生产过程中应用最为广泛。为实现细晶超塑性成形不仅要求材料须具备良好热稳定性能、等轴细晶组织外也应同时满足以下两项条件：一为变形温度Tm<T其中Tm代表材料熔点温度并以绝对温度形式描述;二为应变速率应较低。阳模成形、区域成形、阴模成形为SPF技术的基本成形方法区域成形、阴模成形在实际应用中较为普遍。而实现阳模成形则需专用设备所生产零件具备壁厚均匀等特点。实际上阳模成形方式即将拉伸成形、超塑性气压成形两种工艺相结合最终所获得的深腔板成形件腔底同腔壁二者间壁厚差较少在气瓶类零件成形加工中具备一定技术优势。理论上将扩散连接技术释义为：无法形成塑性燮形的压力环境下或所处环境温度低于被连接工件熔点温度的条件下可促使被连接金属表面在未产生液相或形成液相条件下引发固态扩散实现连接目的的一种方法。超塑成形技术/扩散连接技术组合工艺扩散方法主要可分为过渡液相扩散连接及小变形固态扩散连接执行扩散连接时应注意选用惰性保护气体或真空避免零件氧化。此类技术针对钛合金而言在工艺方面、技术条件方面均具有良好的兼容性因此在钛合金工件制作时可同时实现连接、成形。2.2激光冲击技术激光冲击即指借助脉冲形式的激光束向金属表面冲击产生一种平面波在穿过工件同时促使材料塑性变形的一种技术因此技术所产生的压应力深度、塑性变形深度较高使得所制得零件的应力腐蚀抗力、断裂韧性、疲劳性能得以明显改进。激光冲击为20世纪中叶在Batell实验室研发所得但因当时欠缺高功率、高脉冲频率及可靠的激光装置使得激光冲击并未实现工程化。近几年激光冲击生产能力显著提升并由激光冲击技术经MIC公司研制后实现工程化可靠、稳定的脉冲激光源由LINL公司提供此发展背景下脉冲重复频率得以大幅提升处理时间显著缩短且提升生产效率节约生产成本。如LINL-MIC冲击系统即为一种现代激光冲击系统此系统采用新型闪光灯泵浦激光器及新型玻璃等装置。系统参数详细分析如下：（1）系统参数平均功率以125W为宜脉冲宽度以10ns-100ns为宜脉冲能量为20J5Hz为适宜脉冲重复频率为矩形激光器光点。（2）借助激光脉冲可促使激光器脉冲对工件表面造成冲击。脉冲光子穿过夯实层后将被烧熔层吸收并生成扩大的等离子云。当等离子云被水层夯实于工件表面时经夯实的等离子云将迅速膨胀工件表面内压力将由10ns-100ns压力上涨至1GPa-10GPa范围内。（3）由塑性变形表现所生成的平面激波透过工件此时材料表面将会产生塑性变形。而在激光冲击下条件下所产生的塑性变形区同在其他技术条件下产生的塑性变形区相较而言优势显著但工件冷作硬化程度却不足1%。2.3液压成形技术液压成形即指将液压囊作为弹性凸模或弹性凹模将油作为传压介质促使金属板材在弹性凸模或弹性凹模上成形的一种方式也可称作液压成形或橡皮液压成形。上世纪50年代航空工厂便已将液压成形工艺应用至零件加工制造中但因哉备条件有限压力仅能达到80kg・N/cm2T50kg・N/cm2为一类低压橡皮成形技术。因此零件成形后仍需人工展开手工校形。伴随近几年液压成形技术不断发展部分航空公司从瑞典ABB公司引入7.7万吨液压机此装置具备台面大及压力高等特点零件成形后具备手工校形量小等优势为提升液压零件成形质量打下良好基础。液压拉深成形即指以高压液体介质替代刚性模具促使板材可在液体介质压力条件下贴膜成形以此制得所需零件。液压拉深成形同橡皮囊液压成形相较而言以增加压边圈方式替代橡皮隔膜部分液压拉深成形工艺中增加密封装置以免产生液体泄露现象。2.4激光技术激光技术为钣金加工领域中的一项新型技术此技术背景下激光成形技术、激光切割技术应运而生。若将激光切割技术同CAD/CAM技术结合则可实现多种复杂几何形状的自动化加工可同现代多品种小批量的生产需求相适应。实际应用时操作人员仅需向计算机系统中输入产品几何形状随后CAD/CAM系统将自动展开处理程序如可自动输入几何面积的周长及面积等信息自动完成组合排列工作将所产生数据上传至专家数据库形成生产过程文件并自行完成NC编程工序促使生产过程文件逐渐转变为加工参数、切割路线等控制信息。将激光切割技术应用至材料加工中除可对所需零件尺寸、材料厚度等需求充分满足外还可弥补当精度要求不同时需更换模具、重新制造等缺陷。激光成形技术为一项先进的钣金成形工艺此项技术主要为借助激光束加热工件局部位置此后以水或气体促使工件可短时间内迅速冷却由此实现零件制作。由于此项技术无需借助外力、模具及机具因此可实现生产成本的大幅降低零件的生产准备周期显著缩短。通过对激光束加热及冷却的严格管控有效控制材料变形。如利用此项技术可使板材弯曲也可制作球体形状等。激光成形技术在传统方法难以成形的脆性材料、硬质材料的成形中具有一定应用优势。激光成形技术主要可分为以下两环节一为激光束根据材料表面移动；二为工件局部受热位置的快速冷却。材料经以上两环节处理后材料将会产生立体、瞬时及局部的应力应变场促使材料成形。零件形状如零件变形程度、材料变形方式等均可以利用计算机程序加以控制。因材料局部温度骤变为短时间内产生因此不会对工件材料性能造成较大影响不会降低材料强度。3结束语目前钣金工艺技术已在航空制造领域中得以广泛应用并具备降低产品生产加工成本、缩短生产周期及提升产品可靠性等优势此技术在航空制作领域已占据重要地位。钣金加工工艺水平的提升将推动飞机性能的提升同时飞机结构的变化又可在一定程度上推动钣金工艺的发展二者协同发展、相辅相成。参考文献：涂集林王永军魏生民.先进钣金成形技术及装备发展现状[J].航空制造技术2021（16）：44-47+53.马兴海李玉梅肖广财等.先进钣金成形技术在航天制造领域应用分析[J].航天制造技术2021（05）：69-72.李新亚王德成刘丰等.先进成形技术与装备发展道路刍议——先进成形技术与装备发展现状与趋势[J]