飞机钣金加工工艺

飞机钣金加工工艺

钣金工艺就是把板材、型材、管材等毛料，利用材料的塑性，主要用冷压的方法成形各种零件，另外还包括下料和校修。

飞机钣金制造技术是航空航天制造工程的一个重要组成部分，是实现飞机结构特性的重要制造技术之一。现代飞机的壳体主要是钣金铆接结构，统计资料表明，钣金零件约占飞机零件数量的50%，钣金工艺装备占全机制造工艺装备的65%，其制造工作量占全机工作量的20%。鉴于飞机的结构特点和独特的生产方式决定了飞机钣金制造技术不同于一般机械制造技术。

一．飞机钣金零件的基础知识

1.1 钣金零件分类

1.1.1按飞机钣金零件结构特征分类

飞机钣金零件有蒙皮、隔狂、壁板、翼肋、导管等。

1.1.2 按飞机钣金零件材料品种分类

飞机钣金零件基本上可分为型材零件、板材零件和管材零件三大类，每类材料零件又可进一步细分：

（1）型材零件：压下陷型材、压弯型材、滚绕弯型材、拉弯型材、复杂形型材；（2）板材零件：平板零件、板弯型材零件、拉深零件、蒙皮成形零件、整体壁板、落压零件、橡皮成形零件、旋压零件、热成形零件、爆炸成形零件、超塑性成形零件、超塑性成形和扩散连接零件、局部成形零件。

（3）管材零件：无扩口弯曲导管、扩口弯曲导管、滚波卷边弯曲导管、异形弯曲导管、焊接管。

因为飞机钣金零件形状复杂，数量庞大，板材零件相对较多，现做飞机钣金零件分类图如图1.1所示。

图1.1 飞机钣金零件分类

1.2 钣金零件加工路线

成千上万的钣金零件，制造方法多种多样，但它们的加工路线基本相同，一般都要经过如图1.2几个环节：

图1.2 钣金件加工路线

下料：裁剪（剪床）、铣切（铣床）、锯切和熔切。

成形：弯曲、拉深、旋压等。

热处理：粉末喷涂、表面氧化等。

1.3 钣金零件变形的基本特点

钣金零件的种类繁多，形式各异，成形方法多种多样，但最基本的变形方式不外乎是弯曲、翻边、拉深、局部成形（或膨胀）。板料成形时，材料的变形区往往是以上几种基本变形方式的复杂组合。因此，当分析一个具体的钣金零件时，一方面必须将不同变形性质的部分加以明确区分，利用弯曲、翻边、拉深、局部变形等基本变形方式，作为分析零件变形特点的主要依据；另一方面还必须注意它们之间的相互联系，不能将不同变形性质的部分作为一个个单纯的基本变形方式孤立看待。

钣金零件的成形方法虽然很多，但从板料的变形性质来看，无非是“收”和“放”两种。所谓“收”就是依靠板料的收缩变形来成形零件，收的特点表现为板料纤维缩短，厚度增加。“收”的主要障碍时起皱。所谓“放”就是依靠板料的拉神变形来成形零件，放的特点表现为板料纤维伸长，厚度减薄。“放”的主要障碍时拉裂。例如外拔缘为“收”，翻边、局部成形为“放”，弯曲中性层以内为“收”，弯曲中性层以外为“放”。

二．飞机钣金加工工艺

2.1飞机钣金工艺的特点

（1）钣金零件构成飞机机体和气动外形。钣金零件构成飞机机体的框架和气动外形，零件尺寸大小不一，形状复杂，选材各异，产量不等，品种繁多。目前，国产小型飞机钣金件大约有6000项，大型飞机钣金件大约有20000项。钣金零件形状复杂，质量控制严格，有一定的适用寿命要求，对成形后的零件有明确的力学性能和物理性能的要求，与其他行业的钣金零件相比技术要求高，加工难度大。

（2）钣金零件的制造是以专用设备为主，配合手工技艺和经验操作来实现的。钣金专用设备是飞机钣金工艺技术发展的标志和工艺技术预研成果的载体，对零件成形质量有着决定性作用。这些设备的研制周期长，技术含量高，投资巨大，社会需求量小，设备利用率不高，设备的更新较慢，这就要求技术工人必须具有良好的手工技艺。

（3）飞机钣金零件使用的工艺装备数量很大。由于钣金零件加工过程变形大，只有使用足够数量的工艺装备才能满足设计技术的要求，因此生产准备工作繁重。

（4）广泛采用样板、模胎和检验型板等刚性量具进行检验工作。

2.2 飞机钣金工艺

2.2.1 下料

飞机上钣金零件生产的第一道工序是使所需要的板料或毛料从整块板料分离开，即下料。由于飞机钣金件形状复杂，且不规则，材料利用率一般只有60%至75%左右。绝大多数钣金件下料后再成形，因此，提高材料利用率具有重要意义。

下料的方法很多，在生产中常根据毛料的几何形状、尺寸大小、材料种类、精度要求、产量和设备条件选择。主要方法有剪裁、铣切、冲裁、锯切和熔切等。如图2.1所示。

图2.1 下料工艺

表2-1 各类剪床的技术特性

2.2.2 成形

飞机钣金零件成形工艺方法很多，主要有手工成形、弯曲成形、拉深成形、橡皮成形、拉形成形、旋压成形和落压成形。

（1）手工成形

随着生产的不断发展和技术进步，绝大多数的成形工艺是在机器上完成的，手工方法往往作为补充加工或修整工作。手工成形也需要一些简单的胎型、靠模和各种各样的工夹具，这些工夹具一般是通用的、万能的。手工成形件的质量如何，取决于操作程序的安排是否合理以及所选用的工、夹、胎具是否合适，然而总重要的是取决于操作工人的时间经验与操作技巧。

手工成形方法主要有：手工划线、手工弯曲、放边、收边、拔缘、拱曲、卷边、咬缝和校正。

①手工划线：工具有平台、划规、划针、轨铁、夹子、高度划线尺、铅笔、钢板尺等。

②手工弯曲：弯折和卷曲。工具有木榔头、铝榔头、木尖、直角尺、木打板、平台、橡皮打板、虎钳、弯边模、弓形夹。弯曲回弹问题。

③放边：使板料边缘伸展变薄的操作。加工凹曲线弯边零件。

④收边：使毛料起皱收缩变短的过程。

⑤拔缘：将板料的边缘加工成曲线弯边零件。

⑥拱曲：把板料用手工捶击的方法，制成凹凸曲面形状零件的操作。（2）弯曲

机械弯曲时将板料、条料、型材、管材等，用机械的方法在塑性变形的范围内沿直线弯成一定的角度或一定的弧度的操作。

飞机制造中常用压弯、滚弯和拉弯等三种机械弯曲的方法。由于板料具有一定的塑性，因此能用弯曲的方法将其弯成所需的各种形状。压弯：压弯是在板料上加压产生弯矩，而使其弯曲成形的方法。滚弯：通过旋转的滚轴，使毛料弯曲的方法，实质就是连续不断的弯曲。拉弯：型材零件在弯曲过程中施加一定的拉力，使其产生拉伸弯曲变形。

（3）拉深成形

拉深成形是指平板毛料或空心半成品在凸模作用下拉入凹模型腔形成开口空心零件的成形工艺方法。拉深成形也称为压延成形或拉延成形，是钣金成形的基础性工艺。

拉深成形可分为三个阶段：局部变形阶段、主要变形阶段和推件阶段。（4）橡皮成形

利用橡皮或充满液体的橡皮囊做通用上模，在压力（液体压力）作用下将毛料包贴在刚性下模上成形，又称液压成形。

橡皮成形方法：橡皮囊成形法、橡皮垫成形法。在橡皮囊成形法中，通常使用一种有弹性的橡皮囊，橡皮囊被封闭管道系统中的油膨胀。膨胀的橡皮膜迫使板料成形为模具的形状。在橡皮垫成形中，采用充满厚橡皮板的容框，其目的是为了获得比较均匀和比较高的单位压力。

（5）拉形成形

所谓拉形成形，就是毛料按拉形模在拉伸机上拉伸成形。拉形成形适合成形外形尺寸大、厚度小、表面质量要求高的双曲度零件。在航空工业，它主要用于制造曲率变化较平缓的大型钣金件，特别是用于一般工艺方法难以加工的蒙皮件的成形，如机身、起落架舱、整流蒙皮、前缘蒙皮等。

（6）旋压成形

旋压成形是一种利用旋压工具，对装夹于旋压机上的旋转毛料施加压力，使之产生塑性变形，从而成为所需空心回转体零件的工艺方法。用旋压方法可制造