◎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(jié)構(gòu)、參數(shù)、設(shè)備原理、操作方法以及新的沖壓技術(shù)。簡而言之，對零件的金屬板的加工，就是鈑金加工。飛機(jī)制造領(lǐng)域中，傳統(tǒng)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(dòng)化和信息化的發(fā)展，出現(xiàn)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(jìn)鈑金成形技術(shù)在航空制造生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討。

一、先進(jìn)鈑金成型技術(shù)

1.液壓成型技術(shù)。

根據(jù)成型對象的不同，液壓成型技術(shù)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(zhì)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(yīng)用液體可使成型更均勻，成本更低。

2.溫?zé)岢尚图夹g(shù)。

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?zé)岢尚图夹g(shù)的原理是，加熱材料后，塑性會(huì)增加，延伸率也會(huì)增加，而屈服強(qiáng)度則會(huì)降低，成型溫度將低于材料再結(jié)晶溫度，從而降低能耗。熱塑工藝的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，模具的溫度一般不能達(dá)到均勻狀態(tài)，與冷模相比溫度較高，熱模生產(chǎn)周期較長，故用于生產(chǎn)小批量零件。

3.超塑成型技術(shù)。

某些材料有可能發(fā)生超塑性，但需要在一定的應(yīng)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(yīng)用于板材的成型，是在模腔內(nèi)通入壓縮氣體，或?qū)⒛Ｇ粌?nèi)氣體抽出來，從而形成負(fù)壓，使模腔能夠緊貼板料。

4.噴丸成型技術(shù)。

應(yīng)用噴丸成型技術(shù)時(shí)，需要高速彈丸進(jìn)行撞擊金屬板材表面，就會(huì)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(jī)隔板類零件中廣泛應(yīng)用。

5.旋壓成型技術(shù)。

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

6.蠕變時(shí)效成型技術(shù)。

人工時(shí)效與成型制造相結(jié)合組成蠕變時(shí)效成型技術(shù)，鋁合金材料在一定溫度下受彈性應(yīng)力作用會(huì)發(fā)生變形，就會(huì)形成結(jié)構(gòu)件。時(shí)效成型鋁合金結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力比較低，并且具有回彈力小的特點(diǎn)，產(chǎn)品精度非常高，因此在航空領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

二、先進(jìn)鈑金成型技術(shù)在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用

1.沖液技術(shù)的應(yīng)用。

沖液技術(shù)是航空制造領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要鈑金成形技術(shù)，沖液技術(shù)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(tài)壓力，使其成形成航天產(chǎn)品所需的形狀，即脈沖液成形工藝。沖液技術(shù)有許多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是沖液技術(shù)具有使用效果好的特點(diǎn)，金屬材料在沖液壓力條件下會(huì)在其表面形成殘余應(yīng)壓狀態(tài)，可使材料的整體性能大大提高；二是沖液技術(shù)具有成型質(zhì)量好的特點(diǎn)，除此之外，沖液技術(shù)的生產(chǎn)周期短，因此可廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)；三是沖液技術(shù)沒有較高的技術(shù)要求，只需相關(guān)人員引進(jìn)簡單的沖液設(shè)備，便可完全完成鈑金件的成型任務(wù)。國內(nèi)引進(jìn)沖液技術(shù)雖然較國外引進(jìn)晚，但我國正在不斷進(jìn)行科技創(chuàng)新，近年來加大對沖液技術(shù)的研究力度，將智能化、數(shù)字化技術(shù)與沖液技術(shù)緊密結(jié)合，使沖液技術(shù)更加現(xiàn)代化，從而使航空制造的效率和水平不斷提高，我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度較快，沖液技術(shù)發(fā)展前景廣闊，其應(yīng)用價(jià)值將越來越大。

2.超塑成型技術(shù)。

SPF/DB超塑成型技術(shù)SPF，超塑/擴(kuò)散聯(lián)接技術(shù)SPF/DB具有低成本、高效益，特別適用于多層中空結(jié)構(gòu)加工。兩者的應(yīng)用，可以將多個(gè)零件連接在一起或焊接在一起，形成一個(gè)大型零件，然后再進(jìn)行加熱、壓力處理。該工藝與傳統(tǒng)工藝相比，一方面縮短了加工時(shí)間，降低了制造成本；另一方面有利于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更加合理，減輕了結(jié)構(gòu)重量；三是三個(gè)部件的整體性強(qiáng)，擴(kuò)散連接后界面消失，提高了耐疲勞性和耐蝕性。SPF技術(shù)和SPF/DB技術(shù)是航空制造領(lǐng)域中應(yīng)用最廣、經(jīng)濟(jì)效益最好的兩種技術(shù)。

無論是在國內(nèi)外，SPF技術(shù)和SPF/DB技術(shù)都已成為飛機(jī)零部件生產(chǎn)中的常用技術(shù)，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，從最初的次承力件、單承力件發(fā)展到主承力件、多承力件，其層數(shù)不斷增加，構(gòu)件尺寸不斷增加，結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。以美國為例，F(xiàn)-14機(jī)翼前部采用SPF和SPF/DB技術(shù)，可減少10%的重量，降低250元；F-22機(jī)身后部采用隔熱板，可減少250元，降低30%元；ATP直升機(jī)艙門維修，可減少40%元。另外，在前部筒式結(jié)構(gòu)的RB211-535E導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)上也有應(yīng)用。

SPF技術(shù)和SPF/DB技術(shù)在國內(nèi)主要應(yīng)用于飛機(jī)部件中，如機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)口用鉚釘代替，可以降低重量20%，降低成本50%。另外，還可應(yīng)用于空調(diào)艙口蓋，電瓶罩，風(fēng)機(jī)整流葉片。

3.噴丸成型技術(shù)。

噴丸成型技術(shù)，是利用高速運(yùn)動(dòng)的彈丸撞擊板材表面，發(fā)生塑性變形后，材料會(huì)向受噴面延伸并彎曲變形，最終達(dá)到成型要求。本工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：一是設(shè)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(yīng)力，提高材料的抗疲勞性能；三是對零件尺寸的適應(yīng)性強(qiáng)，既可制成雙曲面零件，又可制成雙曲面零件。

噴丸成型技術(shù)在美國廣泛應(yīng)用于各種軍機(jī)、民機(jī)、運(yùn)載火箭等，主要用于制造板壁零件。近幾年來，隨著科技的進(jìn)步，激光、超聲波、預(yù)應(yīng)力、數(shù)字化技術(shù)與噴丸成形技術(shù)的結(jié)合，不僅擴(kuò)大了該技術(shù)的應(yīng)用范圍，而且提高了其加工能力。在Galaxy飛機(jī)的制造過程中，以加拿大為例，采用預(yù)應(yīng)力噴丸成形技術(shù)，解決了機(jī)翼帶筋壁板機(jī)械彎曲工藝對零件壽命的影響。但在法國，研究開發(fā)的超聲波噴丸成型技術(shù)，就是利用超聲波使彈丸產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，然后進(jìn)行噴丸處理，與傳統(tǒng)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(yīng)力層，適合制作厚皮的機(jī)身整體壁板。

三、結(jié)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(jìn)的鈑金成形技術(shù)，可滿足航空制造領(lǐng)域高精度、高品質(zhì)的生產(chǎn)要求。本文以超塑成型、噴丸成型、時(shí)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(shù)在我國航空制造業(yè)中的具體應(yīng)用，以期促進(jìn)我國航空制造業(yè)的健康發(fā)展。提高工藝水平能有效地改善航空制造中的飛機(jī)性能，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化能促進(jìn)鈑金工藝的發(fā)展，先進(jìn)的鈑金工藝是加工鈑金零件的先進(jìn)加工方法，而先進(jìn)的鈑金工藝在航空制造中的大力應(yīng)用能促進(jìn)航空制造技術(shù)的發(fā)展。