李榮

摘要：隨著我國對飛機(jī)質(zhì)量的不斷提高，其機(jī)翼鈦合金蒙皮作為一個(gè)重要的工序，直接關(guān)乎著飛機(jī)的使用壽命，所以，提高機(jī)翼鈦合金蒙皮成型的效果事關(guān)重要。文章主要針對機(jī)翼鈦合金蒙皮成型的問題研究相應(yīng)的保障措施。分別從蒙皮加工過程和焊接工藝兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，提高鈦合金蒙皮成型的精確度和質(zhì)量。通過改進(jìn)方案進(jìn)行鈦合金蒙皮成型過程，然后實(shí)驗(yàn)對比，得出改進(jìn)后的蒙皮成型方式能夠較大的提高蒙皮成型的精確度。

關(guān)鍵詞：機(jī)翼;鈦合金蒙皮;成型;措施

中圖分類號：V275⁺.1;TG456.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）11-0125-04

1機(jī)翼鈦合金蒙皮成型的問題及處理流程

隨著我國航空工業(yè)的快速發(fā)展，對于機(jī)翼蒙皮材料的要求也越來越高。機(jī)翼蒙皮采用較多的就是鈦合金，因?yàn)殁伜辖鸬馁|(zhì)量更輕，更能減小飛機(jī)的重量，而且鈦合金抵抗溫度的能力較強(qiáng)，不易受到影響。機(jī)翼鈦合金蒙皮成型效果是非常重要的，對其結(jié)構(gòu)、氣動(dòng)性能以及飛機(jī)外觀和使用壽命有很大影響。所以提高機(jī)翼鈦合金蒙皮成型效果對整個(gè)飛機(jī)的質(zhì)量和運(yùn)行都會(huì)有著重要的作用。

然而，在實(shí)際過程中，機(jī)翼鈦合金蒙皮成型過程中，容易出現(xiàn)各種問題，其中最重要的就是蒙皮變形問題，即出現(xiàn)凹坑或者凹陷，就會(huì)影響到蒙皮成型的精度要求。造成這種現(xiàn)象的原因也很多，比如蒙皮加工工藝出現(xiàn)問題、相關(guān)工作人員工作能力較差、焊接使出現(xiàn)問題、對機(jī)翼鈦合金蒙皮成型缺乏管理等等。

這些問題都會(huì)造成機(jī)翼鈦合金蒙皮成型之后機(jī)翼表面出現(xiàn)裂紋，當(dāng)出現(xiàn)裂紋之后，就需要對機(jī)翼鈦合金蒙皮進(jìn)行各種檢查，將問題進(jìn)行解決，減少經(jīng)濟(jì)損失。進(jìn)行解決的流程如圖1所示。

2提高機(jī)翼鈦合金蒙皮加工效果的措施

前面分析的僅僅只是機(jī)翼鈦合金蒙皮成型表面遇到問題的解決流程，為了減少這些問題的發(fā)生，應(yīng)該對其進(jìn)行一定的改造措施使其在蒙皮時(shí)降低出現(xiàn)問題的概率，所以接下來提出兩種方案，一個(gè)是對機(jī)翼鈦合金蒙皮的加工階段，一個(gè)是在對機(jī)翼鈦合金蒙皮成型時(shí)焊接工藝的改進(jìn)。從這兩個(gè)方面可以可以減少機(jī)翼鈦合金蒙皮成型的準(zhǔn)確率，從而降低機(jī)翼蒙皮出現(xiàn)問題的概率。

2.1理論分析

鈦合金蒙皮成型過程中對于外形和位置準(zhǔn)確度有著比較嚴(yán)格的要求。一般情況下為了達(dá)到準(zhǔn)確度要求，會(huì)將鈦合金蒙皮的邊緣多留出一些量，為的是在裝配時(shí)，可以將其進(jìn)行修配從而得到準(zhǔn)確度非常高的位置。然而我國對于飛機(jī)的要求越來越高，其機(jī)翼外形的精度也隨之不斷升高，并且提出了無余量裝配理念，使得傳統(tǒng)的留出余量以達(dá)到準(zhǔn)確度的要求不能再繼續(xù)使用。只能對鈦合金蒙皮進(jìn)行高精度的外形加工，從而提高蒙皮裝配時(shí)的準(zhǔn)確度，這就對鈦合金蒙皮成型工藝提出了更高的要求。

對于蒙皮外形的加工方式有很多，其中，激光切割具的使用較為頻繁，因其有非常多的優(yōu)勢，比如說其加工精度比較高，工作效率也比較好，而且對蒙皮零件進(jìn)行加工時(shí)影響比較小，不會(huì)對蒙皮產(chǎn)生變形的影響，另外，使用該方法的操作模式比較簡單，能夠生產(chǎn)出形狀一致的蒙皮零件。但是使用該方法的最大的一個(gè)問題就是將鈦合金蒙皮準(zhǔn)確定位在切割?yuàn)A具上，該定位過程過程比較復(fù)雜，非常容易定位不準(zhǔn)確，就會(huì)對機(jī)翼在飛行中容易出現(xiàn)問題。

對蒙皮成型在裝配過程中，直接在蒙皮上進(jìn)行鉆定位孔，這種方式的誤差將回比較大，尤其是對大曲率蒙皮，誤差將會(huì)更大。所以該定位方式的準(zhǔn)確度不符合要求，不能使用，需要相處另一種準(zhǔn)確度較高的方式對其進(jìn)行定位鉆孔。該方法就是用數(shù)字化加工，第一步就是蒙皮的工藝裝備上安裝壓點(diǎn)機(jī)構(gòu)，在蒙皮成型過程中讓定位孔的中心出現(xiàn)凹坑;第二部就是將凹坑制定成φ5.2mm的定位孔，用這樣的方式將定位孔進(jìn)行定位，就可以提高定位準(zhǔn)確率。使用激光切割具進(jìn)行加工蒙皮時(shí)就可以將蒙皮零件準(zhǔn)確的地位在切割?yuàn)A具上，從而提高激光切割具的加工質(zhì)量。

2.2過程描述

對鈦合金蒙皮成型過程中，采用優(yōu)化之后的激光切割具的步驟如下所示。

1）對蒙皮制作進(jìn)行審請數(shù)據(jù)集，圖2即為三維制造數(shù)據(jù)集，圖2所示在曲線程度較小的地方，然后在形成加壓的方向與曲面的法線一致的方向盡可能的多制定2-3個(gè)定位孔和耳片。

2）通過上一步的數(shù)據(jù)集，可以制作熱成型模，在模型下面的定位孔制作一個(gè)φ8mm的通孔，在模型的表面處將孔的大小增大到φ16mm，然后就可以將尖點(diǎn)銷放人到該孔中，圖3即為尖點(diǎn)銷結(jié)構(gòu)平面圖，從圖中可以看出，尖點(diǎn)銷由3個(gè)部分組成，頂部是由一個(gè)椎體組成，中間只一個(gè)大一些的圓柱體，下面是小圓柱體。該結(jié)構(gòu)正好可以將其安裝到孔中，在安裝時(shí)要能夠?qū)⒓恻c(diǎn)銷凸出工藝裝備0.5～0.8mm。尖點(diǎn)銷出現(xiàn)問題時(shí)，因其良好的結(jié)構(gòu)在更換時(shí)比較方便。而且尖點(diǎn)銷也比較容易出現(xiàn)問題，因?yàn)榧恻c(diǎn)銷是在高溫時(shí)對鈦合金表面進(jìn)行壓制，就會(huì)產(chǎn)生非常大的磨損，所以尖點(diǎn)銷容易出現(xiàn)問題。

3）就是在蒙皮熱成型時(shí)，該模具需在熱成型設(shè)備上進(jìn)行固定，然后將該設(shè)備進(jìn)行加溫，將溫度升至高達(dá)600～700℃，對材料進(jìn)行3-5min的遇預(yù)熱，然后再對材料進(jìn)行合膜壓縮，需要18min左右才能將毛坯取出來，最后對定位孔進(jìn)行凹坑處理，凹坑直徑為φ2mm。

4）就是根據(jù)凹坑制作φ5.2mm的定位孔。本文沒有使用手工鉆孔，因?yàn)槿菀壮霈F(xiàn)較大的誤差，從而影響蒙皮的裝配和使用，所以通過使用鉆模來鉆孔，從而接下來就需要制作鉆模，需要注意的是玻璃鋼蓋板要蓋在鉆模上。

5）就是制作切割?yuàn)A具，要用比較重的沙袋對蒙皮進(jìn)行壓制，使其完全貼合。夾具上面還需要設(shè)置3個(gè)圓點(diǎn)，圓點(diǎn)的直徑為φ0.2mm，該圓點(diǎn)的作用就是作為基準(zhǔn)點(diǎn)，以防出現(xiàn)誤差。最后就是將毛坯放在夾具上，利用數(shù)字模型方式切割蒙皮形狀。

這就是利用優(yōu)化后的激光切割具對蒙皮進(jìn)行成型的方式，利用該方式可以提高蒙皮成型的準(zhǔn)確度，讓蒙皮在安裝時(shí)更加精確，更有利于機(jī)翼的飛行，減少故障率的發(fā)生。

3改進(jìn)機(jī)翼鈦合金蒙皮成型焊接工藝的措施

鈦合金蒙皮成型過程中焊接是一項(xiàng)非常重要的工藝，當(dāng)焊接出現(xiàn)問題時(shí)，就會(huì)影響到鈦合金蒙皮成型，從而影響到在機(jī)翼上的運(yùn)行情況。于是本文將某型號的機(jī)翼上鈦合金蒙皮焊接進(jìn)行了一定的優(yōu)化，可以提高鈦合金蒙皮成型的質(zhì)量和準(zhǔn)確度。

對某種型號的飛機(jī)機(jī)翼蒙皮骨架進(jìn)行激光點(diǎn)固，然后再將其激光焊接成型。該型號的蒙皮骨架是用雙面對稱接頭，為了減小蒙皮變形，對優(yōu)化路徑進(jìn)行優(yōu)化是比較重要的。通過實(shí)驗(yàn)研究的方法，得出蒙皮焊接的步驟如下：

首先將蒙皮與骨架用激光點(diǎn)焊的方式將其固定，然后再在點(diǎn)的基礎(chǔ)上將其激光焊接成型。利用該方法經(jīng)過反反復(fù)復(fù)的實(shí)驗(yàn)，得出先將骨架和蒙皮選取關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)固，再用筋條搭接電焊，最后一步就是將骨架和蒙皮的四周鎖底點(diǎn)焊。用這種方式的鈦合金蒙皮成型能夠?qū)⒆冃慰刂圃诤苄〉姆秶?，該效果是非常好的。圖4即為該方法的示意圖。

上面的雙面點(diǎn)焊屬于鈦合金蒙皮成型激光焊接的第一個(gè)步驟，第二個(gè)步驟就是蒙皮與骨架搭接焊和鎖底焊，這兩個(gè)焊接是比第一步還重要的步驟，該步驟也很難對變形進(jìn)行控制，所以需要非常精確的焊接方式。

然后通過很多次對焊接路徑的優(yōu)化，選擇了兩面四次焊接路徑是最為有效的一種的方式，該方式能夠?qū)ψ冃芜M(jìn)行很好的控制。該方式的步驟分為4步，如圖5所示，①對機(jī)翼的正面蒙皮進(jìn)行筋條搭接焊，②對機(jī)翼的反面蒙皮進(jìn)行筋條搭接焊，③對機(jī)翼的正面蒙皮四周進(jìn)行鎖底焊，④對機(jī)翼的反面蒙皮4周進(jìn)行鎖底焊。

當(dāng)所有的焊接完成之后，就需要對機(jī)翼鈦合金蒙皮的變形量進(jìn)行測試。本文是針對機(jī)翼鈦合金蒙皮的尖尖點(diǎn)，假設(shè)為A點(diǎn)進(jìn)行測試。選擇A點(diǎn)的原因在于機(jī)翼鈦合金蒙皮在A點(diǎn)位置的變形量是最大的，所以通過研究A點(diǎn)就可以知道機(jī)翼鈦合金蒙皮整體的變形效果。焊接之后的A點(diǎn)高度高于原始的則為正，低于則為負(fù)。

表1即為5次焊接試驗(yàn)的變形量結(jié)果，

I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別代表著圖5的4個(gè)步驟，H1到H5為A點(diǎn)變形量的H值，從圖中可以看出，第四個(gè)步驟的A點(diǎn)位置變形量的在0～0.2mm。圖1中每個(gè)步驟的變形量變化的原因在于：①通過焊接時(shí)，激光熱源比較強(qiáng)，將蒙皮表面進(jìn)行了熔化凝固，再加上熱應(yīng)力，就發(fā)生了向上的變形。②是對反面進(jìn)行焊接，就會(huì)發(fā)生向下的變形，正好①的變形產(chǎn)生抵消的作用，就可以減小蒙皮變形。②和③的變化是與①和②步驟是一樣的。所以通過;兩面四次焊接路徑就可以減小蒙皮變形。

如果對機(jī)翼的鈦合金蒙皮正反兩面全部采用滿焊的方式，將會(huì)出現(xiàn)密閉腔，所以為了防止該現(xiàn)象的形成，可以將焊接的正面進(jìn)行滿焊的方式，方面使用間斷焊接，圖6即為間斷焊接的位置分布圖。

完成了上述的焊接步驟之后，即蒙皮和框架的焊接完成，然后需要對完成后的焊接進(jìn)行測試，看是否會(huì)取得好的變形效果。在三坐標(biāo)儀工作臺選擇三組實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用測球與機(jī)翼鈦合金蒙皮的A點(diǎn)接觸，接觸其正反兩面的A點(diǎn)，將焊接前的蒙皮測試值作為變形參考。表2即為3組樣本的變形測試結(jié)果，從圖中可以看出，采用優(yōu)化后的焊接工藝，3個(gè)樣本的最大變量量是0.13mm，最小的變形量是0.04mm，與0.2mm的變形量相比，此方法的在變形效果上有了很大的提高，保證了機(jī)翼鈦合金蒙皮成型時(shí)使用焊接工藝造成的變形控制，變形度大大減少。

4結(jié)語

綜上所述，對機(jī)翼鈦合金蒙皮成型造成問題的因素有很多，還包含著人為的因素、施工工藝的因素等，文章主要從鈦合金蒙皮加工過程和焊接過程這兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，提高蒙皮成型的精確度。因?yàn)樵谠斐赦伜辖鹈善こ尚统霈F(xiàn)問題的一個(gè)重要原因就是蒙皮成型過程中的精度不夠高，從而影響到成型的質(zhì)量，如果當(dāng)精度滿足要求時(shí)，就會(huì)更有利于蒙皮成型的質(zhì)量，從而減少蒙皮出現(xiàn)問題的概率。通過對本文的而研究，優(yōu)化蒙皮加工工序和焊接工藝可以很大程度上增加蒙皮成型的精確度。