飞机钣金零件制造ppt课件.ppt

飞机钣金零件制造工艺,飞行器制造技术基础,2,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,3,钣金成形（sheet metal forming）：钣金零件成形是对薄板、薄壁型材和薄壁管材等金属毛料施以外力，使毛料在设备和模具作用下产生变形内力，此变形内力达到一定数值后，毛料就产生相应的塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的加工方法。,4.1 飞机钣金工艺概述,4,飞机钣金零件,挤压型材零件,板材零件,管材零件,压下陷型材,压弯型材,滚绕弯型材,拉弯型材,复杂形型材,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,旋压零件,热成形零件,橡皮成形零件,爆炸成形零件,SPF和SPF/DB成形零件,局部成形零件,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,5,飞机钣金工艺有别于一般机械制造的钣金工艺，这是由飞机的结构特点和生产方式所决定：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。大型飞机约35万项钣金零件，而其中的个别项目只有一两件。零件有较复杂的外形，严格的重量控制和一定的使用寿命要求。对成形后零件材料的机械性能有确定的指标，与其他行业的钣金零件相比技术要求高，加工难度大。,4.1 飞机钣金工艺概述,6,4.1 飞机钣金工艺概述,下料,成形,手工下料,模具下料,机械下料,数控下料,基本工艺,飞机钣金工艺,飞机钣金工艺,7,4.1 飞机钣金工艺概述,飞机钣金零件分类及其制造方法：平板类零件 剪裁、铣切、冲裁蒙皮类零件 闸压、滚弯、拉形、落压；框肋类零件 橡皮成形、闸压、滚弯、拉弯、绕弯、落压；管子类零件 弯管、扩口、缩口；整体壁板零件 化学铣切、数控铣切、喷丸成形；其他成形方法 旋压、爆炸成形（校形）、胀形、钛板热成形；,8,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,9,4.2 平板零件和毛料的制造方法,剪裁、铣切及冲裁平板零件在飞机结构中所占比重并不大，但考虑到由金属板料制成的零件，有80%以上皆需先经过裁成毛料工序，所以改进裁料工作，提高材料利用率对于飞机制造具有重大意义。飞机结构中平板零件、零件展开料或毛料按其外形轮廓可分为三类：直线轮廓件、曲线或线性组合件与小冲压件。不同类型平板零件可采用不同的设备和工艺方法成形。,10,4.2.1 剪裁,剪裁是下料方法中最经济的一种方法。因此，钣金件应尽可能设计成能用剪切下料法来制造。用于制造平板零件及毛料的剪裁设备有： 龙门剪床（包括平口剪床和斜口剪床） 闸刀剪床 圆盘剪床 振动剪床,11,龙门剪是利用上下刀片作为刃具，将板料裁成条料或直线外形组成的简单零件和毛料。,12,剪裁过程,理想的剪裁过程是使材料由于纯剪切而断裂为二，但实际上，情况较复杂，可以将其分为三个阶段：）弹性变形阶段这时上剪刃下降，使板料发生压缩和弯曲，材料中应力尚未超过弹性极限。）塑性变形阶段这时上剪刃进一步压入板料，材料的纤维发生强烈的弯曲和拉伸。在这阶段，刃口附近的应力逐渐达到材料的极限抗剪强度。）剪离阶段这时上、下刃口附近材料出现微小裂纹，当裂纹迅速扩张，以至上下相交时，材料就断裂为二。,13,剪裁质量指标,剪裁质量指标主要有三个： 截面光滑无毛刺 尺寸准确 外表平整 上下刃间隙对剪裁后毛料断面质量、尺寸精度和剪裁力都有影响，不同材料厚度选用不同的间隙，剪刃的间隙随厚度的增加而增加，通常选取15。,14, 剪切力计算,F板料和剪刃接触时的受剪面积0材料的抗剪应力，对于大多数材料0（0.60.75)b板料厚度剪刃斜角1.3修正系数，考虑剪刃间隙、钝化，及材料厚度和表面情况不一致等。,斜口剪,直口剪,L剪切长度,15,圆滚剪与斜滚剪,滚剪剪裁原理与龙门剪相似，但机床结构完全不同。根据滚刃位置不同，可分为圆滚剪和斜滚剪两种。圆滚剪主要用于裁剪直条料（长度可不受限制）。条料滚剪宽度容差比龙门剪裁料时小，一般可保持在0.127mm 左右。斜滚剪适用于剪裁曲线外形毛料。,hn-剪刃挤入料深,16,常用剪切形式及适用范围,17,4.2.2 铣,铣裁是用金属切削的方法来分离板料和制成平板零件或是毛料的。它适合于曲线轮廓的工件及批量不大的成组加工工件。铣裁用的工具是立铣刀。飞机工厂常用的钣金立铣有定轴式及动轴式两种，后来采用大型自动靠模铣床、数控钣金下料铣床,18,4.2.2 铣,在飞机制造过程中，对于大、中型曲线外形或带有内凹形状的有色合金零件或毛料，当加工精度要求较高时，常用铣切加工，铣切加工成本通常高于冲裁，但产量小时情况却相反。 靠模铣、数控铣及数控激光切割机的采用，改善了劳动条件、提高工作效率。,19,4.2.3 冲裁,冲裁工艺在机器制造、仪表制造的各个领域均有广泛的应用，小至钟表的齿轮、指针，大到载重汽车的大梁，都是用冲裁下料或直接制造。 这部分参考冲压工艺学中相关内容。,20,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,21,4.3 飞机型材零件的制造方法,型材零件按外形可划分为直线形、平面弯曲和空间弯曲三类。作为成形工作内容，除型材零件外形的成形之外，还有型材剖面形状和角度的改变，压制下陷和冲切缺口等等。型材零件的毛坯型材，主要以两种方式获得：用板料弯制和挤压成形。它们的剖面沿长向均为等剖面，如需要变剖面和变厚度的型材，则需通过补充铣切获得。通常，板弯型材的制造和挤压型材的补充铣切，由飞机工厂进行，挤压型材则外购。飞机型材零件的制造方法-压弯、滚弯、拉弯,22,4.3.1 板弯型材的压弯成形,制造板弯型材的常用方法为压弯成形和多对滚轮滚弯成形两种。前者使用压弯机（又称闸压床）或弯板机（又称折弯机），采用通用模具，能适应飞机生产中多品种和小批量的特点，应用广泛，但制件长度受机床限制；后者因送进条料或卷料的方式不同，又可分为从后面推送和从前面拖拉（常称抽滚成形）两种，由于需要专用工艺装备，飞机工厂较少采用，而广泛用于建筑和家具制造。,23,回弹是成形后弯曲角度和弯曲半径复原现象，它是由材料的内应力使变形分布不均匀而产生的。 （1）表示进行V形弯曲加工后的回弹。 （2）表示进行U形弯曲加工后，两侧的回弹。 （3）表示有大曲面的弯曲制品的回弹。 （4）表示虽然是U形弯曲，但中间部分没有侧壁，其回弹表现为侧壁不垂直。 （5）表示弯曲半径大，然而垂直壁小，回弹表现为不能弯曲到所需形状。,24,压弯极限,V形薄板压弯的成形极限是弯曲段外层开裂，工程上通常用最小相对弯曲半径Rmin/t作为指数；厚板（t10mm）的弯曲极限可能出现细颈。,A断面收缩率,两个因素（1）弯曲角：变形分散效应随着角度的增加而减小。（2）板宽：随着板宽增加，外纤维能承受的最大延伸率将减小。,25,弯曲裂纹多发生在弯曲半径和弯曲角度要求过于严格的情况下。弯曲宽度较小的产品，裂纹在宽度的两端；弯曲宽度较大时，裂纹沿着弯曲线，在弯曲宽度的中部附近发生。,26,压弯成形的设备,压弯机是一种通用的压弯设备，飞机工厂常用压弯机的压力为 0.42 .5MN ，工件长度 35m。为了压弯成形整体壁板零件，国外还装备了压力达1820MN 、工件长达 16m的大型压弯机。 压弯机在钣金设备中，是较早实现NC和NC控制的。为适应多品种零件的生产，它已发展为柔性制造单元，与龙门剪组合实现了柔性制造系统。,27,4.3.2 型材零件弯曲的特点,在飞机生产中，最常见的型材弯曲有内弯和外弯两种：内弯即弯曲时型材的底边在内，为压缩变形；外弯则底边在外，为拉伸变形。当然，还有其它型式的弯曲。,28,4.3.2 型材零件弯曲的特点,型材的剖面形状比较复杂，弯曲成形时往往伴随型材的翘曲、扭转和剖面的畸变，大大增加了弯曲成形的困难。如果弯曲成形时注意到这些特点，则可改善零件的成形质量。,29,（1）型材剖面上的合力作用点应通过型材剖面的形心（它是型材剖面内均布正应力的合力作用点）。否则，将产生一个额外弯矩，使弯曲零件产生纵向翘曲。因此，拉弯和拉校型材时，夹钳钳块的中心必须与型材的剖面形心重合。,30,（2）弯曲力的作用点应通过弯心（即型材剖面上剪应力的合力作用点），其方向也应与剖面内剪应力合力的方向相重合。否则，除弯曲外还产生扭转 ，并导致剖面畸变。具有两个对称轴线的剖面，弯心与形心相重合。因此，弯曲成形时常需将不对称剖面的两根型材组合为对称剖面进行弯曲 。,31,（3）弯曲作用面应与剖面惯性轴平面相重合。否则，弯曲中性层将不垂直于弯矩作用面，而偏向于最小惯性轴的一侧，致使弯曲的同时还产生扭转、挠曲和剖面畸变等。,32,限制型材畸变的方法,限制型材翘曲和畸变的最有效的工艺方法，是采用刚性垫块，尽量限制型材剖面的自由度，以及采用对称的型材剖面组合。垫块可以用铸锌、易熔合金、硬铝和塑料等材料制造然后用细钢丝绳或橡皮绳串联为柔性垫条。,33,4.3.3 型材零件的滚弯成形,滚弯是历史悠久的弯曲工艺方法之一。最初用于制造各种圆筒和圆框等零件，以后进一步发展为制造变曲率的零件。就其变形方式来看，滚弯属于自由弯曲。在飞机制造中常用来制造机身、进气道隔框、加强缘条等骨架零件。,34,4.3.3 型材零件的滚弯成形,滚弯机床,35,36,3、滚弯型材零件的质量,经滚弯成形的型材零件，质量问题较多，例如，回弹、扭翘、剖面畸变、边面不平和塌角等，此外，型材两端的直线段还需用其它补充方法进行弯曲。）扭翘 扭翘是滚轮作用力未能通过形心引起的。,37,3、滚弯型材零件的质量,3）塌角 滚弯曲率半径较小的挤压型材时，型材的底边受有较大的摩擦力，阻止了边缘向宽向收缩（泊松比效应），只好从摩擦力较小的角处拉走材料，于是出现了塌角现象.,38,3、滚弯型材的工艺特点,滚弯方法的最大优点是通用性大，不必专门制造模具，只需制做适合不同型材剖面形状、尺寸的滚轮，因此生产准备周期短，常用于小批量生产。滚弯的缺点是生产效率低，需经反复辗试才能获得准确几何形状，同时需要熟练工人操作，对型材厚度、剖面形状均有限制。滚弯时，常出现型材剖面变形、腹板面失稳等故障。,39,4.3.4 型材零件的拉弯成形,压弯和滚弯后的零件都有很大的回弹。根本原因是弯曲应力中存在弹性分量，卸载后弹性变形自动消失，因而不能使零件保持弯曲过程所得到的形状。如果弯曲半径较大，材料内外层纤维的应力没有达到屈服点，卸载后零件将完全恢复原状。飞机上的各种骨架零件，如长桁、框缘、肋条等很多具有较大的相对曲率半径，而零件外形准确度要求又极高，这类零件如果用普通方法弯曲，较难于达到要求。需要采用新的弯曲方法，于是出现拉弯成形方法。,40,4.3.4 型材零件的拉弯成形,附加拉力的弯曲称之为拉弯。拉弯适合于成形尺寸和曲率半径都较大的型材零件，以单曲率者为宜。空间曲率不大者亦可用其成形，但需附加一些装置。拉弯的工艺有三种：先拉后弯先弯后拉先拉后弯再补拉,41,1. 拉弯机理, 先拉后弯再补拉 是飞机工厂最常采用的拉弯方法，预拉可防止型材内层起皱，补拉用以消除回弹。由于型材与拉弯模之间的摩擦力削弱了从夹钳传来的拉力，使型材悬空段与靠模段所承受的拉力不相等。加之，拉弯过程容易将液体润滑剂挤走，又加大了两者之间的摩擦力。这样，更加剧了拉力不相等的情况。因此，拉弯机夹钳施加的补拉力已超过，而型材的中央段还可能尚未进入屈服。 在实际生产中，工人常在之后还采用多次松开再补拉的操作方法，使挤走了的润滑剂又流回来。当然，补拉后重新涂一次润滑剂其效果会更好些。,42,回弹率,应力,P-M,P-M-P,M-P,43,4.3.4 型材零件的拉弯成形设备,（1）顶式拉弯机（2）张臂式拉弯机（3）转台式拉弯机（4）带侧压的转台式拉弯机（5）与拉形机合并的拉弯机,44,（3）转台式拉弯机,这种机床的优点是结构简单，能弯曲弯角大于180的零件和有正、反曲率的零件。但拉伸作动筒的长度大，又只能从一端施加拉力，降低了补拉的效果。,45,拉弯成形的优缺点,优点：回弹小；防止型材内边起皱，提高零件的抗拉强度;用半模成形，模具承压小，无需用高强和耐磨材料制作。缺点：零件形状受限制；材料利用率低；生产效率较低，需用专用机床。,46,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,47,拉深变形过程,48,4.4.1 拉深,2)拉深系数m=d/D0d为筒形件外径D0为毛料的直径拉深系数表示拉深过程中的变形程度，一般：m极限拉深系数m极限m极限某一金属材料在理想条件下，一次拉深所能达到的最大变形程度。,49,极限拉深系数m极限,它不但与材料的机械性质、供应状态和表面状况有关，而且与拉深方法、有无压边圈、毛料的相对厚度t/D，拉深模具凸凹模圆角半径、间隙大小及润滑状况均有关。一般极限拉深系数取： mmin0.50.8（低碳钢板） m越小，一次拉深变形量大。 m越大， 则拉深变形量小。,常用材料的拉深系数见表41（94页）,50,拉深的基本原理,理论高度,实际高度,51,变形区,传力区,小变形区,52,3）零件的受力区域 拉深过程中，金属发生了很大的塑性变形，产生冷作硬化现象。由一块圆形平板毛料变成一个圆筒形零件时，各处的变形程度并不一致，愈靠近边缘，材料的变形程度愈大，冷作硬化愈严重。拉深过程不正常时，就会出现以下两种现象：凸缘起皱筒壁拉裂,4.4.1 拉深,53,4）多次拉深,如果总的拉深系数小于极限拉深系数，则需多次拉深才能最终成形。,总拉深系数：30/89=0.337第一次拉深：43/89=0.483第二次拉深：35/43=0.814第三次拉深: 30/35=0.857,54,有时在拉深工序之间增加退火工序，以恢复材料良好的塑性状态。对于塑性低的材料，如镁合金，钛合金及形状复杂的拉深件，为了减少拉深次数也可以采用加热拉深工艺。,55,拉深成形工艺也可以用于非回转体复杂形状零件的成形,56,中小型拉深件的常见缺陷及问题分析,57,中小型拉深件的常见缺陷及问题分析（续1）,58,中小型拉深件的常见缺陷及问题分析（续2）,59,大型覆盖件拉深时常见的质量缺陷及解决途径,60,4.4.2 旋压成形,旋压是用于成形薄壁空心回转体零件的一种金属压力加工方法。它是借旋轮、擀棒或滚珠等工具作进给运动，加压于随旋压模沿同一轴线旋转的金属毛坯，使其产生连续的局部塑性成形而成为所需要的空心回转体零件。,61,旋压加工常用材料,62,旋压成形主要特点：,旋压属于局部连续性加工，瞬间的变形区小，所需总的变形力较小。有一些形状复杂的零件或高强度难变形的材料，传统工艺很难甚至无法加工，用旋压成形却可以方便地加工出来。旋压件的尺寸公差等级可达IT8左右，表面粗糙度Ra3.2m，强度和硬度均有显著提高。旋压加工材料利用率高，模具费用低。旋压成形的经济性与生产批量、工件结构、设备及劳动费用等有关。在许多情况下，旋压要与冲压的其他工艺方法配合应用，以获得最佳的产品质量和经济效益。,63,2）旋压分类,普通旋压：主要改变毛坯直径尺寸而成形零件的旋压方法，其壁厚不随形状的改变。不变薄旋压时有拉深旋压、缩口旋压和扩口旋压三种。除用于成形空心旋转体工件外，还可完成翻边、卷边、修剪、擀光等加工。变薄旋压(强力旋压)：旋压成形过程中在较高的接触压力下毛坯壁厚逐点地、有规律地减薄而直径无显著变化。有锥形件变薄旋压(剪切旋压)和筒形件变薄旋压(挤出旋压)两种。,64,不变薄旋压,65,拉深旋压,拉深旋压 使平板毛坯渐次包覆于芯模表面形成空心件的一种旋压方法，因其宏观效果类似于冲压中的拉深而得名。成形中，旋轮或旋压棒对随芯模旋转的板坯外表面，反复连续地局部施压，使其直径缩小，母线增长，逐渐包覆于芯模表面而成形。,66,缩口旋压,缩口旋压 是使筒形或锥形预制坯产生径向收缩而成形的一种旋压方法。其宏观效果类似于冲压中的收口和滚压中的缩颈。成形中，旋压工具对随芯模旋转的空心预制件外表面，反复连续地局部施压，使其直径缩小，母线伸长，从而产生局部或整体径向收缩而成形。,67,扩口旋压： 是使筒形或锥形预制坯产生径向扩张而成形的一种旋压方法。其宏观效果类似于冲压中的胀形和翻边。成形中，旋压工具对随芯模旋转的空心预制件内表面，反复连续地局部施压，使其直径增大，从而产生局部或整体径向扩张而成形。,68,69,根据旋压轮是否在同一截面上还可将强力旋压分为错距旋压和同步旋压。,70,各种旋压制件,71,4.4.3 胀形,胀形是将直径较小的筒形或锥形毛坯利用由内往外膨胀的方法成形为直径较大或有曲形母线的旋转体零件。不规则形状的非旋转体零件有时也用胀形方法制造。胀形用的毛坯主要由板料滚弯焊接而成，亦有用杯形拉深件。胀形生产已有多年历史，鼓肚形的军用水壶就是利用胀形工艺生产的。飞机工厂中常用于制造机头罩内环圈、副油箱蒙皮及各种油气导管的接头（扩口）等。,72,刚模胀形 1分瓣凸模 2芯轴 3毛坯 4顶杆,软模胀形 1凸模 2凹模 3毛坯 4软体介质 5外套,根据胀形模具构造，胀形工艺可以分为刚性模胀形、软模胀形与液压胀形。,73,图 （a）为刚性凸模胀形。其凸模由扇形块拼成，当其相对锥形中轴向下滑动时，各个模块向外涨开，扩张毛料而成形。图（b）为液压胀形。,74,4.4.4 翻边,翻边分二种基本形式，即内孔翻边和外缘翻边。内孔翻边一般指内孔将板料上预制孔的孔径扩大，并使其孔边缘弯曲翻出凸缘的成形过程。一些飞机钣金零件上的孔，为了提高强度、增加刚度，须对所开的孔进行翻边加工。外缘翻边分外凸轮郭和内凹轮廓的翻边二种。,75,内孔翻边,根据翻边孔缘的形状与变形情况，翻边可分为普通翻边与变薄翻边，普通翻边又分为圆孔翻边和非圆孔翻边。变薄翻边：当翻边零件要求具有较高的竖边高度，而壁部又允许变薄时，往往采用壁部变薄的翻边。用变薄翻边的方法，即提高了生产效率，又节约了材料。非圆孔翻边：带有竖边的非圆形孔及开口（椭圆、矩形以及兼有内凹弧、外凸弧和直线部分组成的非圆形开口）。这些开口多半是为了减轻重量和增加结构的刚度，竖边高度不大，一般为（46t），同时对其精度也没有很高的要求。,76,内孔翻边,【翻边系数】在圆孔的翻边中，变形程度决定于毛坯预制直径与翻边直径（根据中线）之比即翻边系数K：K=d/D，式中d-预制孔直径。 显然，K值越大，变形程度越小；K值愈小，则变形程度愈大。翻边时孔边不破裂所能达到的最大变形程度时的K值，称为许可的极限翻边系数。,77,外缘翻边,外缘翻边分外凸轮廓和内凹轮廓的翻边二种。外凸轮廓的翻边也叫压缩类翻边，其变形性质和应力状态类似于不用压边圈的浅拉深。内凹轮廓的翻边也叫伸长类翻边与孔的翻边相似。,变形程度：压缩类：E压=b/R+b伸长类：E伸=b/R-b,78,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,79,4.5 框肋类零件的制造,4.5.1零件特点框肋零件是飞机机体骨架中的组件，担负着确定飞机外形和承受气动载荷的双重任务。通常，框肋零件属于平面零件类型，但四周具有弯边。弯边是成形中的主要工序，弯边按其与外蒙皮接触的情况，又可分为有气动外形要求与没有气动外形要求两类，前者有较严格的精度要求，后者的精度可适当放宽。通常框肋零件内还可能分布有：减重孔、管道通孔、长桁缺口、下陷、加强窝与加强埂，以及作为基准用的基准孔和定位孔等。,80,81,框肋零件成形难度,零件的尺寸较大 大型飞机上长度达3m 、宽度达1.21.4m 的框肋件数量很多。框肋件的刚度较小，尺寸大了，热处理后容易发生畸变。零件的品种多 框肋件在一般歼击机上约有 1000015000种，在大型飞机上约有 2000035000 种，因此需要模胎的数量大。外形有一定的精度要求在以孔为基准的协调系统中，外型与基准孔之间，边缘下陷的长桁缺口与基准孔之间，都有尺寸公差要求。此外，对平面部分的平整度，弯边的弯角与弯曲半径等，也有精度要求。,82,4.5.2 常用的成形方法,刚性凸凹模冲压成形：仅适用于厚度较大和弯边较高的小尺寸零件。 旋压成形：仅适用于轮廓为圆形的整框件。滚弯成形：适用于剖面为“”形的等半径大型机身框板件橡皮成形：采用橡皮成形方法可使用结构简单的半模，工厂称之为模胎，生产准备期可以缩短。手工成形,83,4.4.3 橡皮成形,利用橡皮垫或液压橡皮囊作为凹模（或凸模），将金属板按刚性凸模（或凹模）加压成形的方法。橡皮成形压床有橡皮垫式和橡皮囊式两种。,84,橡皮囊液压机工作原理图,囊式压床与垫式相比具有压床吨位高，可形成尺寸更大的零件，压床的结构大为简化，战地面积小，成本低等特点。,85,橡皮成形如下零件,直线弯边飞机梁,凸曲线弯边飞机肋、框等零件,凹曲线弯边飞机框缘、开口处加强边,凹凸曲线弯边飞机框缘零件,86,4.5.4 橡皮的变形特性（1）,橡皮是橡皮成形中的传压介质，它的变形特性与成形工艺密切相关。橡皮的成份：天然混炼胶、合成胶和聚胺酯族合成胶。弹性延伸率应大于500 %，变形后不应有大于8 %的永久变形。橡皮具有松弛性和不可压缩性（体积压缩率仅约为0.04%，与矿物油相近）。,87,4.5.4 橡皮的变形特性（1）,橡皮弹性变形时类似于粘性流体的流动，可从高压区流向低压区。在变形的橡皮中，从施压部位到自由界面存在着压力梯度，只有当橡皮充满于一个封闭的容器中不再流动时，橡皮才能获得均匀的压力。对已充满橡皮的容器继续施压，由于橡皮的不可压缩性，橡皮的压力将急剧上升。,压缩量,单位压力,K=2.0,K=1.0,K=0.5,形状系数K=加载表面积/自由膨胀表面积,88,4.5.4 橡皮的变形特性（2）,橡皮与金属之间有较大的摩擦系数，约在 0.250.4之间。采用固体粉末状润滑剂如滑石粉、氧化锌等，效果很好。流体润滑济会被橡皮挤走。橡皮的硬度：天然混炼胶的硬度与延伸率之间有近于反比的关系。如要求橡胶有更好的流动性，通常使用邵氏硬度为60的橡胶；如要求有更好的压平皱纹性能，以选用90100的橡胶为好。,89,4.5.5 橡皮成形的机理,“成形”是使板料压靠到模胎的侧壁上，所需压力并不高；“校形”是将成形中留下的皱折和回弹消除掉，需要很高的压力。同时，在高的压力下橡皮可辅加给板料一种较大的向下摩擦力，使板料的弯曲带有一定的拉弯性质，有助于回弹的减少。同时，橡皮的硬度对消除回弹也有重要的作用，硬橡皮流动需要较大的压力，校形力和摩擦力的作用也因此增加。,橡皮成形,成形,校形,90,容框,板料,橡皮,液体,模具,91,4.5.5 橡皮成形的机理,510MPa的橡皮单位压力,1mm厚的硬铝板压靠到模胎上,消除回弹、折皱 3550MPa,消除回弹、折皱，不需手工修整 7080MPa,超过100MPa，对于12mm厚的薄铝板，回弹角反而会有所增大。可能是高压下橡皮流入模胎与板材之间的缝隙所致。,92,（1) 直线弯边成形,直线弯边系指利用橡皮压力使板材沿模胎直线轮廓所产生的弯曲变形，类似于绕弯成形。,直线弯边的成形极限，用给定橡皮压力下的：最小弯曲半径Rmin最小弯边高度Hmin,93,橡皮直线弯边成形常出现的问题,94,橡皮直线弯边成形常出现的问题,如果零件有合适的弯边高度，弯边转角处有开口和止裂孔，则用橡皮成形方法没有任何困难。,95,（2）凸弯边,凸弯边橡皮成形的主要成形障碍是凸缘部分的失稳起皱。橡皮成形时，橡皮首先压到压型模的上表面并向压型模的四周挤下，使板料悬空于压型模外的部分受压而折弯。板料沿凸曲线轮廓向下折弯时，板料在切向受到挤压，随着变形程度的增加而增加。当达到板料的临界应力值时,凸缘将失稳起皱，在圆周方向产生起皱。,弯边后纤维长度,原始纤维长度,96,凸曲线弯边成形系数,第一种极限弯边高度 即成形中从未出现过皱的最大相对弯边高度。 第二种极限弯边高度 成形中出现过皱，随后又被橡皮压平的最大相对弯边高度。 第三种极限弯边高度 成形后弯边上残留有皱纹，但经修整仍能校平的最大相对弯边高度。超过此极限的弯边，因皱纹无法校平（通常叫危险皱），便成为废品。 极限弯边系数Ke的大小与板材种类、性能、状态、厚度、成形的单位压力、成形温度、橡皮硬度等有关。,97,橡皮成形的优点,优点： 一次可同时成形多个零件，生产效率高；模胎结构简单，只使用半模；零件的表面质量高，没有擦伤或划伤等。,98,橡皮成形的缺点,需用压力高的压床，容框面积愈大，生产率愈高；单位成形压力大，零件的贴胎度愈好，成形后手工修整量也愈小。所以，橡皮成形专用压台的工作面积和单位压力不断增大，最大压床现已超过 I000MN，压床价格十分昂贵。成形后的零件还要修整，恰当地使用大的成形压力，可使手工修整量减到最少。成形零件的高度有一定限度，用橡皮垫容框成形时，零件模胎的高度不许超过橡皮厚度的 1 / 4 ；用橡皮囊成形时，零件高度限定为 100120rnm ，个别件允许高到 250300mm ，但不允许长久使用。 橡皮使用寿命有限，使用寿命除与橡皮质量有关外，还取决于工人的操作。,99,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,100,4.6飞机蒙皮零件的成形方法,蒙皮构成飞机的气动力外形，要求外形准确、流线光滑和表面无划伤等。随着飞机性能不断改进，品种不断增加，蒙皮零件本身也有了很大的变化：外廓尺寸、厚度不断加大内部结构尺寸更为复杂材料变化大,蒙皮零件的数量很多，大型飞机约1200件，中型飞机790件，轻型飞机270件。蒙皮零件制造劳动量占钣金零件总量的10,101,蒙皮分类,蒙皮按其外形轮廓分为三类：单曲度蒙皮：机翼、尾翼和机身的等剖面部分，占蒙皮总数的一半以上（5055） 双曲度蒙皮：机身前后段、进气道和发动机短舱，机翼上的折弯部位和翼根弦长加长部位复杂形状：翼尖、整流片、机头罩和整流包皮,102,单曲度蒙皮零件成形,单曲度蒙皮零件的成形属于弯曲变形方式，但相对弯曲半径很大，变形程度很小，弹性变形区在板料的整个剖面上占很大的比重，可以认为中性层的位置仍处在板厚的中间位置。单曲度蒙皮在弯曲中的主要问题是回弹和表面质量。精确计算回弹是十分困难的，目前主要靠试验和经验。为保护蒙皮的外表面，一般采用贴牛皮纸或各种可剥性保护塑料，与板料一起进行弯曲。,103,成形方式,一般采用滚弯方法成形。压弯（闸压）较薄蒙皮时，易在表面形成棱子，一般只在成形机翼前缘蒙皮中部小曲率半径区域时使用，或校正蒙皮边缘部分的曲度时使用。,拉弯方法的工作效率高，往往一次操作就能制出所需精度的零件，零件的质量较好。但是，拉弯方法的缺点是材料利用率低，需要专用模具，要用新淬火状态的毛料成形，而滚弯和压弯方法可以直接采用供应状态的硬料进行成形。拉弯方法只是在成形前缘蒙皮时使用。,104,滚弯方式（a）对称三轴滚 （b）四轴滚 （c）二轴滚,105,对称三轴滚弯机,飞机蒙皮零件的尺寸很大，大多数是变曲率的，母线的直线度要求也很高，这就要求滚床的辊轴必须具有足够的刚度，并能在滚弯过程中调节辊轴的相对位置，只有辊轴对称安排的三轴滚床才能满足这些要求。二轴、不对称三轴和四轴滚床仅能成形等曲率的圆筒形零件，同时，辊轴受到的弯曲力较大，限制了辊轴的长度，一般最多为2m。因此，单曲度蒙皮零件的生产中广泛采用对称三轴滚弯机。两个问题：如何选择上辊轴的压下量如何处理两端的直线段和非圆弧段,106,典型零件的工艺方法圆锥形零件滚弯,2.在板料内表面两端按切面样板划出等百分线位置，然后沿等百分线分段滚弯，从而保证等百分线的直线度,3.直接按锥度滚弯（a）按矩形送料；（b）滚制的圆筒形；（c）滚制两侧得锥形件,1.倾斜上辊轴角度,107,典型零件工艺流程,前缘蒙皮按展开样板下料按切面样板或按等百分线分段滚弯闸压（前缘半径小于机床最小弯曲半径时）修整检验表面处理。翼面蒙皮按展开样板下料按切面样板滚弯修整表面处理。,108,4.6.2 双曲度蒙皮拉形,双曲度蒙皮零件的成形属于拉胀变形方式。最常用的方法是拉形，还有采用辗压和应力松弛等方法成形的。板料两端在拉形机夹钳夹紧下，被工作台顶升的拉形模和板材接触，产生不均匀的平面拉应变而使板料与拉形模贴合的成形方法。,109,4.6.2 双曲度蒙皮拉形,成形的特点：模具构造简单；零件表面质量好；成形准确度高；适宜于生产大尺寸，且曲率变化比较平缓的零件。分类：按加力方式和夹钳相对模胎的位置不同，可以分为：横向拉形纵向拉形,110,（1）横向拉形,板料沿横向两端头夹紧，在被工作台顶升的拉形模顶力作用下，使板料与拉形模贴合的成形方法。一般用于横向曲度大、纵向曲度小的蒙皮零件成形。部分拉形机有上压装置，可成形蒙皮有凹陷和鼓包的部分。,111,横向拉形三个阶段,开始阶段：将长方形的毛料弯过凸模夹入两边的夹钳中，然后凸模上升，使毛料沿弧线ab与凸模脊背相接触， 这时材料只受弯曲变形。中间阶段：毛料开始产生明显的不均匀拉伸。设想将毛料沿横切面方向划分为无数条带，随着凸模上升，ab附近的条带即首先拉长与凸模脊背贴合。凸模继续上升，与之相邻的条带依次受到拉伸，也与模具贴合。循此渐进，直到最边缘的条带也与模具贴合为止，于是整个毛料的内表面就得到凸模表面的形状。终了阶段：毛料与模具表面完全贴合后，再将毛料继续作少量拉伸，使最边缘的材料所受的拉应力超过屈服点，减少回弹，提高工件的成形准确度。,112,113,（2）纵向拉形,板料沿纵向两端头夹紧，在被工作台顶升的拉形模顶力和拉伸夹钳纵向拉力的双重作用下，使板料与拉形模贴合的成形方法。一般用于纵向曲度大的狭长形蒙皮零件成形。,114,纵向拉形四个阶段,将毛料横向弯曲，装入机床夹钳的曲线钳口内。纵向弯曲毛料，使与凸模脊背成线接触。这时毛料的纵长两边将因弯曲压应力的作用而失稳起皱，形成波纹。拉伸毛料，使与整个凸模表面吻合。和横拉时相同，这一阶段中材料沿宽度方向的应力和应变分布极不均匀，中间脊背出的材料纤维延 伸最多，而在两侧边缘处应变为零。少量增加拉力补拉毛料，使边缘的材料变形量超过屈服点。,115,116,复杂外形拉形,某些蒙皮带有局部凹陷或鼓包，单用一个凸模无法拉出局部凹凸部分的外形。因此有些拉形设备上，安装有第二个工作台，由液压作动筒推动向下，利用局部小凸模或与下模偶合的整个凹模来帮助蒙皮成形。,117,拉形原理,118,极限拉形系数,最小延伸部位纤维的延伸量应超过金属的屈服极限；最大延伸部位纤维的延伸量不应超过金属的颈缩极限。,当拉形系数KLKmax时，应多次拉形，退火状态初拉，新淬火状态后拉校。可使用一套模具多次拉形或中间增加过渡模。,119,工作台上升速度,拉形过程要速度均匀，不间断，有利于提高零件的质量。,120,拉形成形的影响因素,板料塑性指数：n（应变强化指数)、 （厚向异性指数）摩擦力：面摩擦和圆角摩擦毛料形状夹钳形式拉形模表面特性：要光滑流线、硬度高、刚度大。,121,拉形工艺,122,123,124,蒙皮拉形成形质量,（1）外形的检验一般都在拉形模上进行，零件覆盖在拉形模上用手按压试探蒙皮是否局部浮离模胎。歼击机蒙皮允许间隙0.5mm，局部非配合区1mm，大型客机和轰炸机允许间隙0.8mm。对于厚度为1 mm的蒙皮加压5 kg，2mm的蒙皮加压7 kg，能够使蒙皮贴合的，则符合要求。 （2）表面质量变形量小于临界值的80%；成形后尽量不再热处理；使用细晶粒度的板材，拉形后不易产生粗晶。,125,4.6.3 镜面蒙皮成形,镜面蒙皮又称抛光蒙皮。具有耐疲劳，抗腐蚀，气动表面光滑、美观等特点，在近代大型民用飞机上被广泛采用。MD-82飞机镜面蒙皮占蒙皮总量的70，最大长度为9.8m，最宽2.1m，厚度到5mm。一般的蒙皮加工方法均适宜镜面蒙皮的加工，特殊问题是生产全过程的表面保护和损伤修复技术。单曲度镜面蒙皮用闸压和滚弯可以成形，双曲度蒙皮用拉形方法加工 。,126,（1）镜面蒙皮拉形成形,飞机外蒙皮采用优质镜面板材拉形成形时注意事项如下： 速度尽可能缓慢，太快易拉断。拉形变形量不能超过4，否则会出现严重“滑移线”，最合适的变形量为1.5%2。应采用连续拉形，不能间断。 润滑剂粘度适中，涂刷均匀。,127,（2）蒙皮保护,镜面蒙皮板料已经供货厂进行了保护，在制造和加工处理期间，如果保护层妨碍操作，则需除去。加工后存放或转到另外生产场所要重新涂包保护层。为防止材料及蒙皮尖角或边缘受到划伤和损坏，在车间内搬运前，应对厚度大于0.5mm 的全部蒙皮使用角保护器及边缘保护器。仅在保护涂层上贴压敏标签或其他识别标签，不允许贴在镜面蒙皮表面上。搬运无保护涂层的镜面蒙皮时要戴干净的细纱手套，以防止手印污染。搬运时在板材或蒙皮之间以及与搬运架的接触面之间，要使用衬垫隔离，衬垫材料有纸 板、复合纸板、泡沫衬垫、聚乙烯衬垫等。,128,拉形设备,许多小夹钳排成一排固定不动，依靠台面的升降产生拉力。但是夹钳可以根据台面上模具的位置和形状加以调节，使拉力的作用方向和凸模边缘相切。图中所示的纵拉设备除了台面可以升降外，夹头也可以伸缩。拉形设备包括：纵向、横向和纵横向拉形机。,129,豪福特立式拉形机,130,131,132,本章内容,4.1 飞机钣金工艺概述4.2 平板零件和毛料制造方法4.3 飞机型材零件的制造方法4.4 飞机回转体零件制造方法4.5 框肋类零件的制造方法4.6 飞机蒙皮零件的成形方法4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法4.8 飞机钣金零件制造的新工艺新方法4.9 钣金成形的计算机模拟,133,4.7 飞机复杂壳形零件的成形方法,现代飞机结构中有为数不少的蒙皮和骨架零件，不仅外形不规则，还有局部的陡起陡伏。由于形状复杂，这类零件如在冲床或液压机上压制，往往需使用多套模具、经过多道压制工序才能成形；但是这类零件品种虽多，每种的数量却非常之少，往往每架飞机中只有12件，不论从降低零件制造成本或从缩短生产准备周期方面考虑，都不容许使用多套模具。如发动机罩，各种整流蒙皮，排气管和油箱端盖等，一般尺寸都较大，零件数量占钣金零件总数的810，而劳动量却占到钣金零件总劳动量的2025,134,4.7.1 典型零件分类,（1）蒙皮类零件（2）波纹板类零件（3）型材大梁类（4）盒形类零件（5）加强板盒油箱壳体类零件（6）管叉类（7）联合成形的复杂件,135,4.7.1 典型零件分类,136,4.7.1 典型零件,137,4.7.1 典型零件分类,对上述零件，手打成形不用模具，但是要依靠高超的操作技术，生产率太低，产品质量也难于保证。上述形状复杂的零件既不宜纯用机械化方法压制，又不宜纯用手打成形方法加工，只有采用半机械化半手工的制造方法才较为合理。落压成形就是适应这种需要而产生并发展起来的成形方法。,138,4.7.2落压成型的工作原理,落压成形是利用安装在落锤上的简单偶合铸造模，