整体壁板成形评述

而影响材料的性能； （ ３）Байду номын сангаас在 压 弯 过 程 中 蒙 皮 始 终 处 于 弹 性 变 形 阶 段 ， 筋 条
既产生弹性变形， 又产生塑性变形， 因而在成形结束时会 产生较大的回弹。当成形较大曲率的壁板时， 通常难以通 过压下量的控制来达到预期效果， 有时需要多次压弯并
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保载校形如图 ７ 所示。尤其对于壁厚较厚的壁板零件， 因 局部难以成形， 从而会增大零件的加工误差， 难以满足装 配的要求。 ２ ． ２ 蠕 变 时 效 成 形 ［７￣８］
（ ２） 激 光 弯 曲 是 通 过 累 积 局 部 变 形 的 方 式 逐 渐 实 现 工 件的整体成形， 因此成形时无须模具， 不存在随之而来的 模 具 制 作 费 、制 作 周 期 、磨 损 、润 滑 等 问 题 ， 特 别 适 于 变 形 量不大但用常规方法难以成形和需要局部成形且应变状 态复杂的工件以及一些形状复杂、贴模性差的大型工件 的精确校形；
（ １） 外 表 层 产 生 残 余 压 应 力 ， 如 图 １０ 所 示 ； （ ２） 受 喷 表 层 的 材 料 组 织 结 构 发 生 变 化 ， 位 错 密 度 增 加， 产生晶格畸变， 但是受喷表面变得粗糙； （ ３） 工 艺 参 数 可 实 现 计 算 机 控 制 ， 一 定 程 度 上 提 高 了 生 产 效 率 。但 是 工 艺 参 数 的 选 择 及 变 形 的 控 制 难 于 掌 握 ， 过于依赖经验；
（ ４） 变 形 力 小 ， 因 而 只 适 用 于 筋 条 不 高 的 壁 板 成 形 。 对于喷丸成形技术， 其成形机理的复杂性导致了工艺 分析的复杂， 加之成形过程中诸多影响因素， 使喷丸成形 参数的选择主要依靠实验数据和操作经验， 采用渐进的 方法， 耗时费资。要实现精密喷丸成形， 必须准确地确定 喷 丸 成 形 的 各 工 艺 参 数 ， 如 弹 丸 型 号 、弹 流 速 度 、弹 丸 流 量、喷射角及运动速度等。而随着计算机技术的快速发 展， 大大促进了喷丸成形技术的研究和开发， 出现了预应 力 喷 丸 成 形 技 术 、数 字 化 喷 丸 成 形 技 术 、新 型 喷 丸 成 形 ／ 强化技术等， 大大扩展了喷丸成形技术的加工能力和应 用 范 围 ， 而 双 面 喷 丸 成 形 技 术 、激 光 喷 丸 成 形 技 术 、超 声 喷丸成形技术和高压水喷丸成形技术的发展和应用更得 到了广泛的重视和关注。国内已将该技术成功地用于支 线民机及军机机翼整体壁板的成形中， 表明该技术已开 始实用化。 ２ ． ４ 激 光 弯 曲 成 形 ［１３￣１６］ 板料激光弯曲成形是一种利用激光扫描金属薄板， 在 热作用区域内产生明显的温度梯度， 导致非均匀分布的 热 应 力 ， 使 板 料 塑 性 变 形 的 工 艺 方 法 ， 如 图 １１ 所 示 。 相 对 于上述壁板的成形方法， 激光弯曲技术具有如下优势：
造中。但是在焊接过程中， 由于局部受热使壁板内部产生 非均匀的热应力， 导致加工完成后的壁板常带有一定的 初始变形及内部残余应力， 不利于后期整体壁板的成形。 １．２ 整体壁板的优点
与 传 统 装 配 式 壁 板 相 比 ， 整 体 壁 板 主 要 有 以 下 优 点 ［２］： （ １） 可 以 灵 活 选 择 几 何 构 型 ， 实 现 复 杂 的 空 间 曲 面 ， 以满足飞行器光滑过渡的气动外表面的需求或空间飞行 防护的要求； （ ２） 可 以 减 重 １０％￣３０％ ， 减 重 效 果 明 显 ； （ ３） 扩 大 自 动 化 设 备 的 使 用 规 模 ， 从 而 大 大 减 少 手 工 装 配 劳 动 量 ， 将 装 配 工 序 的 周 期 和 工 作 量 缩 减 ８０％ ￣９０％ ； （ ４） 加 强 筋 可 以 做 成 多 种 截 面 形 状 ， 筋 条 在 蒙 皮 上 的 分 布 可 以 呈 平 行 、三 角 形 、梯 形 、网 格 形 和 点 辐 射 形 等 ； （ ５） 蒙 皮 和 筋 条 之 间 采 用 圆 角 过 渡 ， 可 显 著 降 低 应 力 集 中 程 度 ， 将 部 件 和 组 合 件 的 疲 劳 性 能 提 高 ２０％￣３０％ ； （ ６） 既 提 高 壁 板 内 部 分 强 度 和 刚 度 ， 又 提 高 其 气 动 表 面与外形的装配质量。 ２ 整体壁板的成形方法 由于整体壁板的结构复杂， 其成形比较困难， 不仅需 要较大的成形力， 而且在加工过程中筋条容易失稳， 壁板 本 身 也 容 易 发 生 较 大 回 弹 。 目 前 国 内 、外 用 于 整 体 壁 板 成 形的工艺主要有： 压力成形， 蠕变时效成形， 喷丸成形， 以 及激光弯曲成形， 也可以将其中的多项工艺组合起来成 为复合成形方式。 ２ ． １ 压 力 成 形 ［４￣６］ 常见的用于整体壁板成形的压力方法主要包括滚弯 成 形 和 增 量 压 弯 成 形 。对 于 壁 厚 小 、易 于 成 形 的 圆 柱 面 和 圆 锥 面 壁 板 可 采 用 滚 弯 成 形 方 法 。滚 弯 成 形 的 原 理 如 图 ４ 所示。对于厚壁板、部分变截面壁板及外形复杂的壁板 等， 则可以采用增量压弯成形的方法。增量压弯成形是采 用专用压力机构驱动压头在整体壁板表面上按一定的轨 迹分段逐点进行局部三点弯曲变形， 通过逐次的变形累 积使整个壁板表面成形为所需的曲率。若压头部分采用
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整体壁板成形评述
王 秀 凤 １，２ 郭 晓 丽 １ 陈 光 南 ２ Ｊüｒｇｅｎ Ｓｉｌｖａｎｕｓ３
（ １ ． 北 京 航 空 航 天 大 学 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院 ， 北 京 １０００８３ ； ２ ． 中 国 科 学 院 力 学 所 表 面 改 性 实 验 室 ， 北 京 １０００８０ ； ３．ＥＡＤＳ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ ， 德 国 慕 尼 黑 ８１６６３）
摘 要： 介绍了整体壁板的概念和分类， 总结了传统和现代的整体壁板成形工艺方法， 如滚弯成形， 增量压 弯 成 形 ， 蠕 变 时 效 成 形 ， 喷 丸 成 形 和 激 光 弯 曲 成 形 ， 比 较 了 它 们 之 间 的 优 、缺 点 及 适 应 范 围 ， 简 述 了 各 成 形 工 艺 目前的应用状态及发展前景。提出针对不同外形形状和筋条高度的整体壁板的成形， 可以采用不同的成形方 法， 必要时还可将几种成形方法进行复合。
（ ２） 焊 接 式 壁 板 如图 ３ 所示， 焊接式壁板是将筋条通过激光焊接的方
作者简介： 王 秀 凤 ， 北 京 航 空 航 天 大 学 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院 副 教 授 。 基金项目： 欧 洲 宇 航 防 务 集 团 德 国（ ＥＡＤＳ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｗｏｒｋｓ） 资 助 课 题（ ２００６ ．３￣２００９ ．３） 。
蠕 变 时 效 成 形 工 艺 是 解 决 整 体 壁 板 成 形 、提 高 零 件 的 制造精度及使用寿命的有效工艺途径之一， 该工艺已用 在 Ａ３８０ 飞 机 整 体 壁 板 的 成 形 中 ， 但 是 国 内 的 研 究 则 刚 刚 起步。 ２ ． ３ 喷 丸 成 形 ［９￣１２］
喷丸成形是利用高速金属弹丸流撞击壁板的表面， 使 受喷表面的表层及其下层材料产生塑性变形而延伸， 从 而逐步使壁板达到外形曲率要求。它是一种无模成形方 法， 原理如图 ９ 所示。喷丸成形后壁板有以下特点：
蠕变时效成形是利用合金材料在时效温度下蠕变而 产生应力松弛的特性， 对试件弹性加载获取初始变形， 并 通过施加恒定载荷保持试件变形的工艺方法。通过将壁 板在恒温中放置一段时间， 使其内部的弹性能逐渐转化 为塑性能， 从而达到成形的目的。其主要优点是回弹小、 成 形 精 度 高 、同 时 完 成 时 效 。 其 不 足 主 要 表 现 在 模 具 成 本 高 、准 备 周 期 长 、要 求 有 足 够 尺 寸 的 热 压 罐 ， 空 客 Ａ３８０ 机 翼整体壁板成形时使用的世界上最大的热压罐如图 ８ 所 示。
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现代制造技术与装备
２００８ 第 ３ 期 总第 １８４ 期
法焊接到腹板上形成整体壁板的一种方法。焊接式壁板 实现了材料的合理有效利用， 并且提高了成形的效率， 空 客 公 司 已 经 将 这 种 壁 板 加 工 技 术 应 用 到 Ａ３８０ 飞 机 的 制
多点柔性组合， 则可以大大扩大增量压弯成形的适用范 围。增量压弯的原理如图 ５ 所示。 ２．１．１ 采用压力成形具有如下优点
关键词： 整体壁板 筋条 整体壁板成形
整体壁板是由厚蒙皮和长桁等骨架零件组成的一个 整 体 。 具 有 强 度 重 量 比 高 、总 体 和 局 部 稳 定 性 好 、疲 劳 寿 命 长 、外 形 准 确 、表 面 光 滑 等 的 特 点 ［１］， 使 其 成 为 现 代 飞 机 普遍采用的高效率结构， 也是提高战斗机综合性能的主 要途径和措施。随着现代飞机的飞行速度和载荷等性能 的不断提高， 对整体壁板的强度等要求也越来越高， 同时 增 加 了 整 体 壁 板 成 形 的 难 度 。采 用 传 统 的 方 法 进 行 加 工 ， 壁板的成形量的掌握完全依赖于工艺人员的经验， 无法 保证壁板的成形质量。为了改进壁板的成形工艺， 学者们 纷纷致力于整体壁板成形的先进方法的研究。本文介绍 了整体壁板的概念和分类， 总结了传统和现代的整体壁 板成形工艺方法， 如滚弯成形， 增量压弯成形， 蠕变时效 成形， 喷丸成形和激光弯曲成形， 比较了它们之间的优、 缺点及适应范围， 简述了各成形工艺目前的应用状态及 发展前景。 １ 整体壁板的分类及优势 １．１ 分类
（ １） 变 形 力 大 ， 适 用 范 围 广 ， 可 成 形 各 种 壁 板 结 构 ； （ ２） 模 具 的 通 用 性 强 ， 对 产 品 外 形 尺 寸 的 适 应 性 强 ； （ ３） 由 于 是 局 部 增 量 成 形 ， 所 需 设 备 吨 位 小 。 ２．１．２ 采用压力成形也有一定的缺点 （ １） 由 于 整 体 壁 板 主 要 由 纵 横 交 错 的 加 强 筋 条 和 腹 板 组 成 ， 而 腹 板 的 厚 度 与 壁 板 总 的 厚 度 相 比 很 小（ 一 般 为 １： １００ 左 右） ， 当 筋 条 过 高 时 ， 筋 条 及 其 根 部 易 发 生 应 力 集 中 而产生屈曲甚至开裂如图 ６ 所示， 因而加工时需要采取 防止筋条失稳的措施； （ ２） 在 成 形 壁 板 时 ， 需 要 进 行 ４ 到 ５ 次 的 热 处 理 ， 因